Зашто фотонапонска производња електричне енергије може заузети водећу позицију у производњи енергије из обновљивих извора?

Потрошачи, индустрије и владе предузимају мере за повећање употребе обновљиве енергије.Ово потискује систем за производњу и дистрибуцију електричне енергије са централизоване архитектуре чворишта и кракова на локализовану производњу и потрошњу електричне енергије засноване на мрежи, и стабилну понуду и потражњу кроз међусобно повезивање паметне мреже.

Према извештају о гориву Међународне агенције за енергију (ИЕА) из октобра 2019.до 2024. производња обновљиве енергије ће се повећати за 50%.

То значи да ће се глобални капацитет производње обновљиве енергије повећати за 1200 ГВ, што је еквивалентно тренутном инсталираном капацитету Сједињених Држава.Извештај предвиђа да ће 60 одсто повећања производње обновљиве енергије бити у виду соларне фотонапонске опреме.

Извештај такође наглашава важност дистрибуираних фотонапонских система за производњу електричне енергије, пошто потрошачи, комерцијалне зграде и индустријски објекти почињу сами да производе електричну енергију.Предвиђа се да ће се до 2024. дистрибуирана фотонапонска производња енергије више него удвостручити на више од 500 ГВ.То значи дадистрибуирана фотонапонска производња електричне енергије чиниће скоро половину укупног раста производње соларне фотонапонске енергије.

Соларна предност

Зашто соларна фотонапонска енергија заузима тако водећу позицију у расту производње енергије из обновљивих извора?

Један очигледан разлог је што сунце сија на све нас, па се његова енергија нашироко користи.Ово доводи производњу електричне енергије ближе потрошњи енергије и испоручује енергију до тачке ван мреже, што је посебно корисно за смањење губитака у дистрибуцији енергије.

Други очигледан разлог је тоима много сунчеве енергије.Постоје многе суптилне разлике у израчунавању количине енергије коју Земља прима од сунца.Опште правило је да је просечан ниво мора 1 кВ по квадратном метру по сунчаном дану, или када се узму у обзир фактори као што су циклус дан/ноћ, угао упада и сезоналност, просек је по квадратном метру дневно.М 6кВх.

Соларне ћелије користе фотоелектрични ефекат за претварање упадне светлости у електричну енергију у облику тока фотона.Фотоне апсорбују полупроводнички материјали као што је допирани силицијум, а њихова енергија побуђује електроне са њихових молекуларних или атомских орбитала.Ови електрони су тада слободни да распрше вишак енергије као топлоту и врате се у своју орбиту, или се шире до електроде и постану део струје како би надокнадили потенцијалну разлику коју ствара на електроди.

Као и код свих процеса конверзије енергије, не излази сва енергија која се уноси у соларне ћелије у жељеном облику електричне енергије.У ствари, енергетска ефикасност монокристалних силицијумских соларних ћелија се кретала између 20% и 25% дуги низ година.Међутим, прилика за соларну фотонапонску енергију је толико велика да је истраживачки тим деценијама радио на коришћењу све сложенијих структура и материјала за побољшање ефикасности конверзије ћелија, као што је приказано на овој слици од стране НРЕЛ-а.

Постизање приказане веће енергетске ефикасности обично иде на рачун употребе више различитих материјала и сложенијих и скупљих производних техника.

Многи соларни фотонапонски уређаји су засновани на различитим облицима кристалног силицијума или танких филмова силицијума, кадмијум телурида или бакар индијум галијум селенида, са ефикасношћу конверзије од 20% до 30%.Батерија је уграђена у модул, а инсталатер може користити ове модуле као основну јединицу за изградњу соларног фотонапонског система за производњу енергије.

Изазов енергетске ефикасности

Фотонапонска конверзија претвара киловате сунчеве енергије која пада на сваки квадратни метар земљине површине у 200 до 300 В електричне енергије.Наравно, ово је у идеалним условима.Међутим, ефикасност конверзије може бити смањена због следећих разлога: кише, снега и прашине на површини батерије, утицаја старења полупроводничких материјала и повећане сенке услед промена животне средине као што је раст вегетације. или изградња нових зграда.

Дакле, реалност је таква да иако је соларна енергија бесплатна, коришћење соларне енергије за генерисање корисне електричне енергије захтева пажљиву оптимизацију сваке фазе сакупљања, складиштења и коначне конверзије у електричну енергију.Једна од највећих могућности за побољшање енергетске ефикасности је дизајнинвертер, који претвара ДЦ излаз соларног низа (или његовог складишта батерије) у наизменичну струју за директну употребу или пренос кроз мрежу.

Инвертер мења поларитет једносмерне улазне струје да би се приближио излазу наизменичне струје.Што је већа фреквенција пребацивања, већа је ефикасност конверзије.Једноставан прекидач може да произведе излаз квадратног таласа који може да покрене отпорно оптерећење, али са хармоницима, оштетиће сложенију електронску опрему коју покреће чисти синусни талас наизменичне струје.Стога је дизајн инвертера постао кључ за равнотежу.У једну руку,повећање фреквенције укључивања ради побољшања енергетске ефикасности, радног напона и производње енергије, с друге стране,да би се минимизирали трошкови помоћних компоненти које се користе за изглађивање квадратног таласа.