Споживачі, промисловість та уряди вживають заходів для збільшення використання відновлюваної енергії.Це підштовхує систему генерації та розподілу електроенергії від централізованої архітектури концентратора до локальної генерації та споживання електроенергії, що більшою мірою базується на мережі, а також до стабільного попиту та пропозиції завдяки з’єднанню інтелектуальних мереж.
Згідно зі звітом Міжнародного енергетичного агентства (МЕА) про паливо за жовтень 2019 р.до 2024 року виробництво відновлюваної енергії зросте на 50%.
Це означає, що глобальна потужність відновлюваної енергії зросте на 1200 ГВт, що еквівалентно поточній встановленій потужності Сполучених Штатів.У звіті прогнозується, що 60% збільшення виробництва енергії з відновлюваних джерел буде припадати на сонячне фотоелектричне обладнання.
У звіті також підкреслюється важливість розподілених фотоелектричних систем генерації електроенергії, оскільки споживачі, комерційні будівлі та промислові об’єкти починають виробляти електроенергію самостійно.Згідно з прогнозами, до 2024 року розподілена фотоелектрична генерація зросте більш ніж удвічі до понад 500 ГВт.Це означає щоРозподілена фотоелектрична генерація становитиме майже половину загального зростання виробництва сонячної фотоелектричної енергії.
Сонячна перевага
Чому сонячна фотоелектрична генерація займає таку лідируючу позицію у зростанні виробництва енергії з відновлюваних джерел?
Однією з очевидних причин є те, що сонце світить на всіх нас, тому його енергія широко використовується.Це наближає виробництво електроенергії до споживання електроенергії та доставляє електроенергію до точки відключення від мережі, що особливо корисно для зменшення втрат розподілу електроенергії.
Ще одна очевидна причина полягає в томує багато сонячної енергії.Існує багато тонких відмінностей у підрахунку кількості енергії, яку Земля отримує від Сонця.Емпіричне правило полягає в тому, що середній рівень моря становить 1 кВт на квадратний метр у сонячний день, або якщо враховувати такі фактори, як цикл день/ніч, кут падіння та сезонність, середній рівень на квадратний метр на день.М 6 кВт/год.
Сонячні елементи використовують фотоелектричний ефект для перетворення падаючого світла в електричну енергію у вигляді потоку фотонів.Фотони поглинаються напівпровідниковими матеріалами, такими як легований кремній, і їх енергія збуджує електрони з їхніх молекулярних або атомних орбіталей.Потім ці електрони вільно розсіюють надлишок енергії у вигляді тепла та повертаються на свою орбіту, або поширюються на електрод і стають частиною струму, щоб компенсувати різницю потенціалів, яку він створює на електроді.
Як і в усіх процесах перетворення енергії, не вся енергія, що надходить до сонячних елементів, виводиться у вигляді електричної енергії, якій надається перевага.Фактично, енергоефективність монокристалічних кремнієвих сонячних елементів коливається між 20% і 25% протягом багатьох років.Однак можливості сонячної фотоелектричної енергії настільки великі, що дослідницька група десятиліттями працювала над використанням дедалі складніших структур і матеріалів для підвищення ефективності перетворення клітин, як показано на цьому зображенні від NREL.
Досягнення показаної вищої енергоефективності зазвичай відбувається за рахунок використання кількох різних матеріалів і більш складних і дорогих технологій виробництва.
Багато сонячних фотоелектричних пристроїв базуються на різних формах кристалічного кремнію або тонких плівок кремнію, телуриду кадмію або селеніду міді, індій-галію, з ефективністю перетворення від 20% до 30%.Батарея вбудована в модуль, і інсталятор може використовувати ці модулі як базовий блок для побудови сонячної фотоелектричної системи виробництва електроенергії.
Проблема енергоефективності
Фотоелектричне перетворення перетворює кіловати сонячної енергії, що надходить на кожен квадратний метр земної поверхні, у 200-300 Вт електричної енергії.Звичайно, це в ідеальних умовах.Однак ефективність перетворення може бути знижена через такі причини: дощ, сніг і пил, що осідають на поверхні батареї, вплив старіння напівпровідникових матеріалів і збільшення тіні через зміни навколишнього середовища, наприклад зростання рослинності. або будівництво нових будівель.
Таким чином, реальність така, що хоча сонячна енергія безкоштовна, використання сонячної енергії для отримання корисної електричної енергії вимагає ретельної оптимізації кожного етапу збору, зберігання та остаточного перетворення в електричну енергію.Однією з найбільших можливостей підвищення енергоефективності є дизайнінвертор, який перетворює вихідний постійний струм сонячної батареї (або акумулятора) у змінний струм для прямого використання або передачі через мережу.
Інвертор змінює полярність вхідного постійного струму, щоб наблизити його до вихідного змінного струму.Чим вище частота перемикання, тим вище ефективність перетворення.Простий перемикач може виробляти прямокутну хвилю на виході, яка може керувати резистивним навантаженням, але з гармоніками він може пошкодити складніше електронне обладнання, що живиться від чистої синусоїди змінного струму.Тому конструкція інвертора стала ключем до балансу.З одного боку,збільшення частоти перемикань для підвищення енергоефективності, робочої напруги та генерації електроенергії, з іншого боку,мінімізувати витрати на допоміжні компоненти, що використовуються для згладжування прямокутної хвилі.
2021-04-16
