Người tiêu dùng, các ngành công nghiệp và chính phủ đều đang thực hiện các biện pháp để tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo.Điều này đang đẩy hệ thống phát và phân phối điện từ kiến trúc trục và nan tập trung sang hệ thống sản xuất và tiêu thụ điện cục bộ dựa trên lưới điện hơn, đồng thời cung cấp và cầu ổn định thông qua kết nối lưới điện thông minh.
Theo báo cáo nhiên liệu tháng 10 năm 2019 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA),đến năm 2024, năng lượng tái tạo sẽ tăng 50%.
Điều này có nghĩa là công suất sản xuất năng lượng tái tạo toàn cầu sẽ tăng thêm 1200GW, tương đương với công suất lắp đặt hiện tại của Hoa Kỳ.Báo cáo dự đoán rằng 60% mức tăng năng lượng tái tạo sẽ ở dạng thiết bị quang điện mặt trời.
Báo cáo cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của các hệ thống phát điện quang điện phân tán khi người tiêu dùng, các tòa nhà thương mại và cơ sở công nghiệp bắt đầu tự tạo ra điện.Nó dự đoán rằng đến năm 2024, công suất phát điện quang điện phân tán sẽ tăng hơn gấp đôi lên hơn 500 GW.Điều này có nghĩa rằngSản xuất điện quang điện phân tán sẽ chiếm gần một nửa tổng mức tăng trưởng của sản xuất điện quang điện mặt trời.
Lợi thế năng lượng mặt trời
Tại sao sản xuất điện quang điện mặt trời lại chiếm vị trí dẫn đầu như vậy trong sự phát triển của sản xuất năng lượng tái tạo?
Một lý do hiển nhiên là mặt trời chiếu vào tất cả chúng ta nên năng lượng của nó được sử dụng rộng rãi.Điều này giúp việc phát điện gần hơn với mức tiêu thụ điện và cung cấp điện đến điểm ngoài lưới, điều này đặc biệt hữu ích để giảm tổn thất phân phối điện.
Một lý do rõ ràng khác làcó rất nhiều năng lượng mặt trời.Có nhiều khác biệt tinh tế trong việc tính toán lượng năng lượng mà trái đất nhận được từ mặt trời.Nguyên tắc chung là mực nước biển trung bình là 1kW/m2 vào ngày nắng hoặc khi xem xét các yếu tố như chu kỳ ngày/đêm, góc tới và tính thời vụ, mức trung bình là trên m2/ngày.M 6kWh.
Pin mặt trời sử dụng hiệu ứng quang điện để chuyển đổi ánh sáng tới thành năng lượng điện dưới dạng dòng photon.Photon được hấp thụ bởi các vật liệu bán dẫn như silicon pha tạp và năng lượng của chúng kích thích các electron khỏi quỹ đạo phân tử hoặc nguyên tử của chúng.Sau đó, các electron này có thể tự do tiêu tán năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt và quay trở lại quỹ đạo của nó hoặc lan đến điện cực và trở thành một phần của dòng điện để bù đắp sự chênh lệch điện thế mà nó tạo ra trên điện cực.
Giống như tất cả các quá trình chuyển đổi năng lượng, không phải tất cả năng lượng đầu vào của pin mặt trời đều được đầu ra ở dạng năng lượng điện ưa thích.Trên thực tế, hiệu suất năng lượng của pin mặt trời silicon đơn tinh thể đã dao động trong khoảng từ 20% đến 25% trong nhiều năm.Tuy nhiên, cơ hội cho quang điện mặt trời lớn đến mức nhóm nghiên cứu đã làm việc trong nhiều thập kỷ để sử dụng các cấu trúc và vật liệu ngày càng phức tạp để cải thiện hiệu suất chuyển đổi tế bào, như trong bức ảnh này của NREL.
Để đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn thường phải trả giá bằng việc sử dụng nhiều vật liệu khác nhau cũng như các kỹ thuật sản xuất phức tạp và đắt tiền hơn.
Nhiều thiết bị quang điện mặt trời dựa trên nhiều dạng silicon tinh thể hoặc màng mỏng silicon, cadmium Telluride hoặc đồng indium gallium selenide, với hiệu suất chuyển đổi từ 20% đến 30%.Pin được tích hợp trong mô-đun và người cài đặt có thể sử dụng các mô-đun này làm bộ phận cơ bản để xây dựng hệ thống phát điện quang điện mặt trời.
Thử thách về hiệu quả năng lượng
Chuyển đổi quang điện chuyển đổi kilowatt năng lượng mặt trời trên mỗi mét vuông bề mặt trái đất thành năng lượng điện từ 200 đến 300 W.Tất nhiên, đây là trong điều kiện lý tưởng.Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi có thể bị giảm do các nguyên nhân sau: mưa, tuyết và bụi bám trên bề mặt pin, ảnh hưởng của sự lão hóa của vật liệu bán dẫn và bóng râm tăng lên do thay đổi môi trường như sự phát triển của thảm thực vật. hoặc việc xây dựng các tòa nhà mới.
Vì vậy, thực tế là mặc dù năng lượng mặt trời là miễn phí nhưng việc sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra năng lượng điện hữu ích đòi hỏi phải tối ưu hóa cẩn thận từng giai đoạn thu thập, lưu trữ và chuyển đổi cuối cùng thành năng lượng điện.Một trong những cơ hội lớn nhất để cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng là thiết kế hệ thốngbiến tần, chuyển đổi đầu ra DC của mảng năng lượng mặt trời (hoặc bộ lưu trữ pin của nó) thành dòng điện xoay chiều để sử dụng trực tiếp hoặc truyền qua lưới điện.
Biến tần thay đổi cực tính của dòng điện đầu vào DC để làm cho nó gần với đầu ra AC.Tần số chuyển đổi càng cao thì hiệu suất chuyển đổi càng cao.Một công tắc đơn giản có thể tạo ra đầu ra sóng vuông có thể điều khiển tải điện trở, nhưng với sóng hài, nó sẽ làm hỏng các thiết bị điện tử phức tạp hơn được cung cấp bởi sóng hình sin AC thuần túy.Vì vậy, thiết kế biến tần đã trở thành chìa khóa để cân bằng.Một mặt,tăng tần số chuyển mạch để cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng, điện áp vận hành và phát điện, Mặt khác,để giảm thiểu chi phí của các thành phần phụ trợ được sử dụng để làm mịn sóng vuông.
2021-04-16
