Consumatorii, industriile și guvernele iau toate măsuri pentru a crește utilizarea energiei regenerabile.Acest lucru împinge sistemul de generare și distribuție a energiei de la o arhitectură centralizată hub-and-spoke la o generare și un consum de energie localizat mai mult bazat pe rețea și o cerere și o ofertă stabile prin interconectarea rețelei inteligente.
Conform raportului privind combustibilul din octombrie 2019 al Agenției Internaționale pentru Energie (IEA),până în 2024, generarea de energie regenerabilă va crește cu 50%.
Aceasta înseamnă că capacitatea globală de generare a energiei regenerabile va crește cu 1200 GW, ceea ce este echivalent cu capacitatea instalată actuală a Statelor Unite.Raportul prevede că 60% din creșterea generării de energie regenerabilă va fi sub formă de echipamente solare fotovoltaice.
Raportul subliniază, de asemenea, importanța sistemelor de generare a energiei fotovoltaice distribuite, deoarece consumatorii, clădirile comerciale și instalațiile industriale încep să genereze electricitate pe cont propriu.Acesta prezice că până în 2024, generarea de energie fotovoltaică distribuită se va dubla cu peste 500 GW.Aceasta înseamnă căgenerarea de energie fotovoltaică distribuită va reprezenta aproape jumătate din creșterea totală a producției de energie solară fotovoltaică.
Avantaj solar
De ce producția de energie solară fotovoltaică ocupă o poziție atât de lider în creșterea producției de energie din surse regenerabile?
Un motiv evident este că soarele strălucește pe noi toți, astfel încât energia sa este utilizată pe scară largă.Acest lucru aduce generarea de energie mai aproape de consumul de energie și furnizează puterea către punctul în afara rețelei, ceea ce este util în special pentru reducerea pierderilor de distribuție a energiei.
Un alt motiv evident este căexistă multă energie solară.Există multe diferențe subtile în calcularea câtă energie primește pământul de la soare.O regulă generală este că nivelul mediu al mării este de 1 kW pe metru pătrat într-o zi însorită sau când sunt luați în considerare factori precum ciclul zi/noapte, unghiul de incident și sezonalitatea, media este pe metru pătrat pe zi.M 6 kWh.
Celulele solare folosesc efectul fotoelectric pentru a converti lumina incidentă în energie electrică sub forma unui flux de fotoni.Fotonii sunt absorbiți de materiale semiconductoare, cum ar fi siliciul dopat, iar energia lor excită electronii din orbitalii lor moleculari sau atomici.Acești electroni sunt apoi liberi să disipeze excesul de energie sub formă de căldură și să se întoarcă pe orbita sa sau să se răspândească la electrod și să devină parte a curentului pentru a compensa diferența de potențial pe care o creează pe electrod.
Ca și în cazul tuturor proceselor de conversie a energiei, nu toată energia introdusă în celulele solare este scoasă sub forma preferată de energie electrică.De fapt, eficiența energetică a celulelor solare din siliciu monocristalin oscilează între 20% și 25% de mulți ani.Cu toate acestea, oportunitatea pentru solar fotovoltaic este atât de mare încât echipa de cercetare a lucrat de zeci de ani pentru a utiliza structuri și materiale din ce în ce mai complexe pentru a îmbunătăți eficiența conversiei celulelor, așa cum se arată în această imagine de către NREL.
Obținerea unei eficiențe energetice mai mari prezentate este de obicei în detrimentul utilizării mai multor materiale diferite și a unor tehnici de fabricație mai complexe și mai costisitoare.
Multe dispozitive solare fotovoltaice au la bază diferite forme de siliciu cristalin sau pelicule subțiri de siliciu, telurura de cadmiu sau seleniura de cupru indiu galiu, cu o eficiență de conversie de 20% până la 30%.Bateria este construită în modul, iar instalatorul poate folosi aceste module ca unitate de bază pentru a construi un sistem de generare a energiei solare fotovoltaice.
Provocarea eficienței energetice
Conversia fotovoltaică transformă kilowați de energie solară incidentă pe fiecare metru pătrat al suprafeței pământului în 200 până la 300 W de energie electrică.Desigur, acest lucru este în condiții ideale.Cu toate acestea, eficiența conversiei poate fi redusă din următoarele motive: ploaia, zăpada și praful depus pe suprafața bateriei, influența îmbătrânirii materialelor semiconductoare și creșterea umbrei din cauza schimbărilor de mediu, cum ar fi creșterea vegetației. sau construirea de clădiri noi.
Prin urmare, realitatea este că, deși energia solară este gratuită, utilizarea energiei solare pentru a genera energie electrică utilă necesită o optimizare atentă a fiecărei etape de colectare, stocare și conversie finală în energie electrică.Una dintre cele mai mari oportunități de îmbunătățire a eficienței energetice este proiectareainvertor, care convertește ieșirea DC a matricei solare (sau stocarea bateriei acesteia) în curent AC pentru utilizare directă sau transmisie prin rețea.
Invertorul modifică polaritatea curentului de intrare DC pentru a-l apropia de ieșirea AC.Cu cât frecvența de comutare este mai mare, cu atât eficiența conversiei este mai mare.Un comutator simplu poate produce o ieșire cu undă pătrată care poate conduce o sarcină rezistivă, dar cu armonici, va deteriora echipamentele electronice mai complexe alimentate cu undă sinusoidală pură AC.Prin urmare, designul invertorului a devenit cheia echilibrului.Pe de o parte,creșterea frecvenței de comutare pentru a îmbunătăți eficiența energetică, tensiunea de funcționare și generarea de energie, pe de altă parte,pentru a minimiza costul componentelor auxiliare utilizate pentru a netezi unda pătrată.
16-04-2021
