Varför fotovoltaisk elproduktion kan inta en ledande position inom förnybar energiproduktion?

Konsumenter, industrier och regeringar vidtar alla åtgärder för att öka användningen av förnybar energi.Detta driver kraftgenererings- och distributionssystemet från en centraliserad hub-and-spoke-arkitektur till en mer nätbaserad lokaliserad kraftgenerering och förbrukning, och stabil tillgång och efterfrågan genom sammankoppling av smarta nät.

Enligt Internationella energibyråns (IEA) bränslerapport från oktober 2019,år 2024 kommer produktionen av förnybar energi att öka med 50 %.

Detta innebär att den globala produktionskapaciteten för förnybar energi kommer att öka med 1200GW, vilket motsvarar USA:s nuvarande installerade kapacitet.Rapporten förutspår att 60 % av ökningen av förnybar energi kommer att ske i form av solcellsutrustning.

Rapporten betonar också vikten av distribuerade solcellsenergisystem, eftersom konsumenter, kommersiella byggnader och industrianläggningar börjar generera el på egen hand.Den förutspår att fram till 2024 kommer distribuerad solcellsproduktion att mer än fördubblas till mer än 500 GW.Detta innebär attdistribuerad solcellsproduktion kommer att stå för nästan hälften av den totala tillväxten av solcellsproduktion.

Solenergi fördel

Varför tar solcellsproduktion en så ledande position i tillväxten av förnybar energiproduktion?

En uppenbar anledning är att solen skiner på oss alla, så dess energi används flitigt.Detta för strömgenereringen närmare strömförbrukningen och levererar strömmen till punkten utanför nätet, vilket är särskilt användbart för att minska förlusterna av strömdistribution.

En annan uppenbar anledning är detdet finns mycket solenergi.Det finns många subtila skillnader när det gäller att beräkna hur mycket energi jorden får från solen.En tumregel är att den genomsnittliga havsnivån är 1kW per kvadratmeter en solig dag, eller när faktorer som dag/natt-cykel, infallsvinkel och säsongsvariation beaktas, är genomsnittet per kvadratmeter per dag.M 6kWh.

Solceller använder den fotoelektriska effekten för att omvandla infallande ljus till elektrisk energi i form av en ström av fotoner.Fotoner absorberas av halvledarmaterial som dopat kisel, och deras energi exciterar elektroner från deras molekylära eller atomära orbitaler.Dessa elektroner är sedan fria att avleda överskottsenergin som värme och återgå till sin bana, eller sprida sig till elektroden och bli en del av strömmen för att kompensera för potentialskillnaden som den skapar på elektroden.

Som med alla energiomvandlingsprocesser är inte all energitillförsel till solceller utmatad i den föredragna formen av elektrisk energi.Faktum är att energieffektiviteten för solceller i monokristallina kisel har legat mellan 20 % och 25 % i många år.Möjligheten för solceller är dock så stor att forskargruppen har arbetat i decennier för att använda allt mer komplexa strukturer och material för att förbättra cellomvandlingseffektiviteten, vilket visas i den här bilden av NREL.

Att uppnå den högre energieffektiviteten som visas är vanligtvis på bekostnad av att använda flera olika material och mer komplexa och dyra tillverkningstekniker.

Många solcellsapparater är baserade på olika former av kristallint kisel eller tunna filmer av kisel, kadmiumtellurid eller kopparindiumgalliumselenid, med en omvandlingseffektivitet på 20 % till 30 %.Batteriet är inbyggt i modulen och installatören kan använda dessa moduler som grundenhet för att bygga ett solcellsenergisystem.

Energieffektivitetsutmaning

Fotovoltaisk omvandling omvandlar kilowatt solenergi som faller in på varje kvadratmeter av jordens yta till 200 till 300 W elektrisk energi.Naturligtvis är detta under idealiska förhållanden.Omvandlingseffektiviteten kan dock minska på grund av följande orsaker: regn, snö och damm avsatt på batteriets yta, påverkan av åldrandet av halvledarmaterial och den ökade skuggan på grund av miljöförändringar såsom tillväxt av vegetation eller uppförande av nya byggnader.

Därför är verkligheten att även om solenergi är gratis, kräver användningen av solenergi för att generera användbar elektrisk energi noggrann optimering av varje steg av insamling, lagring och slutlig omvandling till elektrisk energi.En av de största möjligheterna att förbättra energieffektiviteten är utformningen avväxelriktare, som omvandlar likströmsutgången från solpanelen (eller dess batterilagring) till växelström för direkt användning eller överföring genom nätet.

Växelriktaren ändrar polariteten för DC-ingångsströmmen så att den blir nära AC-utgången.Ju högre omkopplingsfrekvens, desto högre omvandlingseffektivitet.En enkel switch kan producera en fyrkantsvågsutgång som kan driva en resistiv belastning, men med övertoner kommer den att skada mer komplex elektronisk utrustning som drivs av ren sinusvåg AC.Därför har inverterdesign blivit nyckeln till balans.Å ena sidan,öka kopplingsfrekvensen för att förbättra energieffektiviteten, driftspänningen och kraftgenereringen, å andra sidan,för att minimera kostnaden för hjälpkomponenter som används för att jämna ut fyrkantvågen.