Zašto fotonaponska proizvodnja električne energije može zauzeti vodeću poziciju u proizvodnji energije iz obnovljivih izvora?

Potrošači, industrije i vlade poduzimaju mjere za povećanje upotrebe obnovljive energije. Ovo potiskuje sistem za proizvodnju i distribuciju električne energije od centralizirane arhitekture čvorišta i točaka na lokaliziranu proizvodnju i potrošnju energije koja je više zasnovana na mreži, te stabilnu ponudu i potražnju putem međusobnog povezivanja pametne mreže.

Prema izvještaju o gorivu Međunarodne energetske agencije (IEA) iz oktobra 2019.do 2024. proizvodnja obnovljive energije će se povećati za 50%.

To znači da će se globalni kapacitet proizvodnje obnovljive energije povećati za 1200 GW, što je ekvivalentno trenutnom instaliranom kapacitetu Sjedinjenih Država.Izvještaj predviđa da će 60% povećanja proizvodnje obnovljive energije biti u obliku solarne fotonaponske opreme.

U izvještaju se također naglašava važnost distribuiranih fotonaponskih sistema za proizvodnju električne energije, jer potrošači, poslovne zgrade i industrijski objekti počinju sami proizvoditi električnu energiju. Predviđa se da će se do 2024. distribuirana fotonaponska proizvodnja energije više nego udvostručiti na više od 500 GW. To znači dadistribuirana fotonaponska proizvodnja će činiti skoro polovinu ukupnog rasta solarne fotonaponske proizvodnje.

Solarna prednost

Zašto solarna fotonaponska proizvodnja zauzima tako vodeću poziciju u rastu proizvodnje energije iz obnovljivih izvora?

Jedan očigledan razlog je taj što sunce obasjava sve nas, pa se njegova energija naširoko koristi. Ovo dovodi proizvodnju električne energije bliže potrošnji i isporučuje energiju van mreže, što je posebno korisno za smanjenje gubitaka u distribuciji energije.

Drugi očigledan razlog je toima puno solarne energije. Postoje mnoge suptilne razlike u izračunavanju količine energije koju Zemlja prima od sunca. Opće pravilo je da je prosječna razina mora 1 kW po kvadratnom metru po sunčanom danu, ili kada se uzmu u obzir faktori kao što su ciklus dan/noć, ugao upada i sezonalnost, prosjek je po kvadratnom metru dnevno. M 6kWh.

Solarne ćelije koriste fotoelektrični efekat za pretvaranje upadne svjetlosti u električnu energiju u obliku struje fotona. Fotone apsorbiraju poluvodički materijali poput dopiranog silicija, a njihova energija pobuđuje elektrone sa njihovih molekularnih ili atomskih orbitala. Ovi elektroni su tada slobodni da rasprše višak energije kao toplinu i vrate se u svoju orbitu, ili se šire do elektrode i postanu dio struje kako bi nadoknadili potencijalnu razliku koju stvara na elektrodi.

Kao i kod svih procesa konverzije energije, ne izlazi sva energija koja se unosi u solarne ćelije u željenom obliku električne energije. Zapravo, energetska efikasnost monokristalnih silicijumskih solarnih ćelija se već dugi niz godina kreće između 20% i 25%. Međutim, prilika za solarne fotonapone je tolika da je istraživački tim decenijama radio na korišćenju sve složenijih struktura i materijala za poboljšanje efikasnosti konverzije ćelija, kao što je prikazano na ovoj slici od strane NREL-a.

Postizanje prikazane veće energetske efikasnosti obično je na račun upotrebe više različitih materijala i složenijih i skupljih proizvodnih tehnika.

Mnogi solarni fotonaponski uređaji zasnovani su na različitim oblicima kristalnog silicijuma ili tankih filmova silicijuma, kadmijum telurida ili bakar indijum galij selenida, sa efikasnošću konverzije od 20% do 30%. Baterija je ugrađena u modul, a instalater može koristiti ove module kao osnovnu jedinicu za izgradnju solarnog fotonaponskog sistema za proizvodnju energije.

Izazov energetske efikasnosti

Fotonaponska konverzija pretvara kilovate sunčeve energije koja pada na svaki kvadratni metar zemljine površine u 200 do 300 W električne energije. Naravno, to je u idealnim uslovima. Međutim, efikasnost konverzije može biti smanjena zbog sljedećih razloga: kiše, snijega i prašine taloženih na površini baterije, utjecaja starenja poluvodičkih materijala i povećane sjene zbog promjena u okolišu kao što je rast vegetacije. ili izgradnja novih zgrada.

Stoga je realnost da iako je solarna energija besplatna, korištenje solarne energije za generiranje korisne električne energije zahtijeva pažljivu optimizaciju svake faze prikupljanja, skladištenja i konačne konverzije u električnu energiju. Jedna od najvećih mogućnosti za poboljšanje energetske efikasnosti je dizajninverter, koji pretvara DC izlaz solarnog polja (ili njegovog skladišta baterije) u AC struju za direktnu upotrebu ili prijenos kroz mrežu.

Inverter mijenja polaritet DC ulazne struje kako bi se približio AC izlazu. Što je veća frekvencija prebacivanja, to je veća efikasnost konverzije. Jednostavan prekidač može proizvesti pravougaoni izlaz koji može pokretati otporno opterećenje, ali s harmonicima, oštetit će složeniju elektroničku opremu koju pokreće čisti sinusni val naizmjenične struje. Stoga je dizajn invertera postao ključ ravnoteže. s jedne strane,povećanje frekvencije uključivanja radi poboljšanja energetske efikasnosti, radnog napona i proizvodnje energije, sa druge strane,kako bi se minimizirali troškovi pomoćnih komponenti koje se koriste za izglađivanje kvadratnog vala.