Kwa nini uzalishaji wa umeme wa photovoltaic unaweza kuchukua nafasi inayoongoza katika uzalishaji wa nishati mbadala?

Wateja, viwanda, na serikali zote zinachukua hatua za kuongeza matumizi ya nishati mbadala.Hii ni kusukuma uzalishaji wa umeme na mfumo wa usambazaji kutoka kwa usanifu wa kituo kikuu-na-spoke hadi uzalishaji na matumizi ya ndani ya gridi ya taifa, na usambazaji na mahitaji thabiti kupitia muunganisho wa gridi mahiri.

Kulingana na ripoti ya Shirika la Kimataifa la Nishati (IEA) ya Oktoba 2019 ya mafuta,ifikapo 2024, uzalishaji wa nishati mbadala utaongezeka kwa 50%.

Hii ina maana kwamba uwezo wa kuzalisha nishati mbadala duniani utaongezeka kwa 1200GW, ambayo ni sawa na uwezo uliowekwa wa sasa wa Marekani.Ripoti hiyo inatabiri kwamba 60% ya ongezeko la uzalishaji wa nishati mbadala itakuwa katika mfumo wa vifaa vya jua vya photovoltaic.

Ripoti hiyo pia inasisitiza umuhimu wa mifumo ya kuzalisha umeme ya photovoltaic iliyosambazwa, kwani watumiaji, majengo ya biashara na vifaa vya viwandani huanza kuzalisha umeme wao wenyewe.Inatabiri kuwa kufikia 2024, uzalishaji wa umeme wa photovoltaic uliosambazwa utakuwa zaidi ya mara mbili hadi zaidi ya 500 GW.Hii ina maana kwambaUzalishaji wa umeme wa photovoltaic uliosambazwa utachangia karibu nusu ya ukuaji wa jumla wa uzalishaji wa nishati ya jua ya photovoltaic..

Faida ya jua

Kwa nini uzalishaji wa nishati ya jua wa photovoltaic unachukua nafasi kubwa katika ukuaji wa uzalishaji wa nishati mbadala?

Sababu moja iliyo wazi ni kwamba jua hutuangazia sote, kwa hiyo nishati yake hutumiwa sana.Hili huleta uzalishaji wa umeme karibu na matumizi ya nishati na kupeleka umeme kwenye sehemu ya nje ya gridi ya taifa, ambayo ni muhimu sana katika kupunguza hasara za usambazaji wa nishati.

Sababu nyingine iliyo wazi ni hiyokuna nishati nyingi ya jua.Kuna tofauti nyingi za hila katika kuhesabu ni kiasi gani cha nishati ambacho dunia hupokea kutoka kwa jua.Kanuni ya msingi ni kwamba kiwango cha wastani cha bahari ni 1kW kwa kila mita ya mraba siku ya jua, au wakati vipengele kama vile mzunguko wa mchana/usiku, angle ya tukio na msimu vinazingatiwa, wastani ni kwa kila mita ya mraba kwa siku.M 6kWh.

Seli za miale ya jua hutumia madoido ya kupiga picha kubadilisha mwangaza wa tukio kuwa nishati ya umeme katika mfumo wa mkondo wa fotoni.Fotoni humezwa na nyenzo za semicondukta kama vile silikoni iliyochanganyika, na nishati yake husisimua elektroni kutoka kwenye obiti zao za molekuli au atomiki.Elektroni hizi basi huwa huru kutoa nishati ya ziada kama joto na kurudi kwenye obiti yake, au kuenea hadi kwa elektrodi na kuwa sehemu ya mkondo wa umeme ili kumaliza tofauti inayoweza kutokea kwenye elektrodi.

Kama ilivyo kwa michakato yote ya ubadilishaji wa nishati, sio pembejeo zote za nishati kwa seli za jua zinazotolewa kwa njia inayopendekezwa ya nishati ya umeme.Kwa kweli, ufanisi wa nishati ya seli za jua za silicon za monocrystalline zimekuwa zikizunguka kati ya 20% na 25% kwa miaka mingi.Hata hivyo, fursa ya photovoltaiki za jua ni kubwa sana hivi kwamba timu ya utafiti imekuwa ikifanya kazi kwa miongo kadhaa kutumia miundo na nyenzo zinazozidi kuwa changamano ili kuboresha ufanisi wa ubadilishaji wa seli, kama inavyoonyeshwa kwenye picha hii na NREL.

Kufikia ufanisi wa juu wa nishati unaoonyeshwa kwa kawaida ni kwa gharama ya kutumia nyenzo nyingi tofauti na mbinu ngumu zaidi na za gharama kubwa za utengenezaji.

Vifaa vingi vya jua vya photovoltaic vinatokana na aina mbalimbali za silicon ya fuwele au filamu nyembamba za silicon, cadmium telluride au shaba indium gallium selenide, na ufanisi wa uongofu wa 20% hadi 30%.Betri imeundwa katika moduli, na kisakinishi kinaweza kutumia moduli hizi kama kitengo cha msingi ili kuunda mfumo wa kuzalisha nishati ya jua.

Changamoto ya ufanisi wa nishati

Ubadilishaji wa Photovoltaic hubadilisha kilowati za tukio la nishati ya jua kwenye kila mita ya mraba ya uso wa dunia hadi W 200 hadi 300 za nishati ya umeme.Bila shaka, hii ni chini ya hali bora.Walakini, ufanisi wa ubadilishaji unaweza kupunguzwa kwa sababu zifuatazo: mvua, theluji na vumbi vilivyowekwa kwenye uso wa betri, ushawishi wa kuzeeka kwa nyenzo za semiconductor, na kuongezeka kwa kivuli kwa sababu ya mabadiliko ya mazingira kama vile ukuaji wa mimea. au ujenzi wa majengo mapya.

Kwa hiyo, ukweli ni kwamba ingawa nishati ya jua ni ya bure, matumizi ya nishati ya jua kuzalisha nishati muhimu ya umeme inahitaji uboreshaji makini wa kila hatua ya kukusanya, kuhifadhi, na ubadilishaji wa mwisho kuwa nishati ya umeme.Moja ya fursa kubwa ya kuboresha ufanisi wa nishati ni muundo wainverter, ambayo hubadilisha pato la DC la safu ya jua (au hifadhi yake ya betri) kuwa AC ya sasa kwa matumizi ya moja kwa moja au upitishaji kupitia gridi ya taifa.

Kigeuzi hubadilisha polarity ya mkondo wa uingizaji wa DC ili kuifanya iwe karibu na pato la AC.Kadiri kasi ya ubadilishaji inavyoongezeka, ndivyo ufanisi wa ubadilishaji unavyoongezeka.Swichi rahisi inaweza kutoa pato la wimbi la mraba ambalo linaweza kuendesha mzigo wa kustahimili, lakini kwa viunganishi, itaharibu vifaa vya kielektroniki ngumu zaidi vinavyoendeshwa na mawimbi safi ya sine AC.Kwa hiyo, kubuni inverter imekuwa ufunguo wa usawa.Kwa upande mmoja,kuongeza mzunguko wa kubadili ili kuboresha ufanisi wa nishati, voltage ya uendeshaji na uzalishaji wa nguvu, Kwa upande mwingine,ili kupunguza gharama ya vipengele vya msaidizi vinavyotumiwa kulainisha wimbi la mraba.