Zakaj lahko fotovoltaična proizvodnja energije zavzame vodilni položaj pri proizvodnji električne energije iz obnovljivih virov?

Potrošniki, industrije in vlade vsi sprejemajo ukrepe za povečanje uporabe obnovljive energije.To potiska sistem za proizvodnjo in distribucijo električne energije iz centralizirane arhitekture vozlišča in krakov v bolj omrežno zasnovano lokalizirano proizvodnjo in porabo električne energije ter stabilno ponudbo in povpraševanje prek medsebojnega povezovanja pametnih omrežij.

Glede na poročilo Mednarodne agencije za energijo (IEA) o gorivu iz oktobra 2019,do leta 2024 se bo proizvodnja energije iz obnovljivih virov povečala za 50 %.

To pomeni, da se bo svetovna zmogljivost proizvodnje obnovljive energije povečala za 1200 GW, kar je enako trenutni instalirani zmogljivosti Združenih držav.Poročilo napoveduje, da bo 60 % povečanja proizvodnje obnovljive energije v obliki sončne fotovoltaične opreme.

Poročilo poudarja tudi pomen porazdeljenih fotovoltaičnih sistemov za proizvodnjo električne energije, saj porabniki, komercialne zgradbe in industrijski objekti začnejo sami proizvajati električno energijo.Predvideva, da se bo do leta 2024 porazdeljena fotovoltaična proizvodnja električne energije več kot podvojila na več kot 500 GW.To pomeni daporazdeljena fotovoltaična proizvodnja električne energije bo predstavljala skoraj polovico celotne rasti sončne fotovoltaične proizvodnje električne energije.

Sončna prednost

Zakaj proizvodnja sončne fotonapetostne energije prevzema tako vodilno mesto v rasti proizvodnje električne energije iz obnovljivih virov?

Eden očitnih razlogov je, da sonce sije na vse nas, zato se njegova energija pogosto uporablja.S tem se proizvodnja električne energije približa porabi energije in dovaja moč v točko izven omrežja, kar je še posebej uporabno za zmanjšanje izgub pri distribuciji električne energije.

Drug očiten razlog je tasončne energije je veliko.Pri izračunu, koliko energije Zemlja prejme od sonca, je veliko subtilnih razlik.Pravilo je, da je povprečna gladina morja 1 kW na kvadratni meter na sončen dan, ali če upoštevamo dejavnike, kot so cikel dan/noč, vpadni kot in sezonskost, je povprečje na kvadratni meter na dan.M 6kWh.

Sončne celice uporabljajo fotoelektrični učinek za pretvorbo vpadne svetlobe v električno energijo v obliki toka fotonov.Fotone absorbirajo polprevodniški materiali, kot je dopirani silicij, in njihova energija vzbuja elektrone iz njihovih molekularnih ali atomskih orbital.Ti elektroni lahko nato prosto razpršijo odvečno energijo kot toploto in se vrnejo v svojo orbito ali pa se razširijo na elektrodo in postanejo del toka, da izravnajo potencialno razliko, ki jo ustvari na elektrodi.

Tako kot pri vseh procesih pretvorbe energije tudi vsa energija, dovedena v sončne celice, ni oddana v želeni obliki električne energije.Pravzaprav se energetska učinkovitost sončnih celic iz monokristalnega silicija že vrsto let giblje med 20 % in 25 %.Vendar je priložnost za sončno fotovoltaiko tako velika, da si raziskovalna skupina že desetletja prizadeva za uporabo vedno bolj zapletenih struktur in materialov za izboljšanje učinkovitosti pretvorbe celic, kot je prikazano na tej sliki NREL.

Doseganje višje prikazane energetske učinkovitosti je običajno na račun uporabe več različnih materialov ter bolj zapletenih in dražjih proizvodnih tehnik.

Številne sončne fotonapetostne naprave temeljijo na različnih oblikah kristalnega silicija ali tankih filmih silicija, kadmijevega telurida ali bakrovega indijevega selenida z učinkovitostjo pretvorbe od 20 % do 30 %.Baterija je vgrajena v modul in inštalater lahko te module uporabi kot osnovno enoto za izgradnjo solarnega fotovoltaičnega sistema za proizvodnjo električne energije.

Izziv energetske učinkovitosti

Fotovoltaična pretvorba pretvori kilovate sončne energije, ki padajo na vsak kvadratni meter zemeljske površine, v 200 do 300 W električne energije.Seveda je to v idealnih pogojih.Vendar pa je učinkovitost pretvorbe lahko zmanjšana zaradi naslednjih razlogov: dež, sneg in prah, ki se nalagajo na površino baterije, vpliv staranja polprevodniških materialov in večja senca zaradi okoljskih sprememb, kot je rast vegetacije. ali gradnja novih stavb.

Zato je resničnost taka, da čeprav je sončna energija brezplačna, uporaba sončne energije za pridobivanje koristne električne energije zahteva skrbno optimizacijo vsake stopnje zbiranja, shranjevanja in končne pretvorbe v električno energijo.Ena največjih priložnosti za izboljšanje energetske učinkovitosti je zasnovapretvornik, ki pretvori enosmerni izhod sončnega niza (ali njegovega akumulatorja) v izmenični tok za neposredno uporabo ali prenos skozi omrežje.

Pretvornik spremeni polarnost enosmernega vhodnega toka, da se približa izhodu izmeničnega toka.Višja kot je preklopna frekvenca, večja je učinkovitost pretvorbe.Preprosto stikalo lahko proizvede kvadratni izhod, ki lahko poganja uporovno obremenitev, vendar s harmoniki poškoduje bolj zapleteno elektronsko opremo, ki jo napaja čisti sinusni AC.Zato je zasnova pretvornika postala ključ do ravnovesja.Po eni strani,povečanje preklopne frekvence za izboljšanje energetske učinkovitosti, delovne napetosti in proizvodnje električne energije, po drugi strani,za zmanjšanje stroškov pomožnih komponent, ki se uporabljajo za glajenje kvadratnega vala.