Pregled sončne fotovoltaike

Uvod v sončno fotovoltaično proizvodnjo energije

Sončna fotovoltaična proizvodnja električne energije je način pridobivanja električne energije z uporabo fotovoltaičnega učinka sončne celice (polprevodniške naprave, podobne kristalni diodi) za neposredno pretvorbo sončne sevalne energije v električno energijo, pretvornik energije sončne fotovoltaične proizvodnje energije pa je sončna celica, znana tudi kot fotovoltaična celica. Ko sončna svetloba zadene sončno celico (sestavljeno iz dveh različnih vrst homogenih polprevodniških materialov vrste P in N), se del svetlobe odbije, del svetlobe absorbira, del svetlobe pa gre skozi celico. Absorbirana svetlobna energija za stimulacijo vezanega visokoenergetskega stanja elektrona, kar ima za posledico pare elektron-luknja, v PN spoju vgrajenega električnega polja, elektrone, luknje in medsebojno gibanje (kot je prikazano na sliki 1-1), N regija luknje v P regijo, P regija elektrona v N regijo gibanja svetlobne strani sončne celice, tako da se nabere veliko število negativnih nabojev (elektronov) in veliko število pozitivnih naboje (luknje), nakopičene na zadnji strani baterije. Če je obremenitev priključena na oba konca celice, bo skozi obremenitev stekel tok, in ko lučka še naprej sveti, bo skozi obremenitev tekel konstanten tok. Posamezna sončna celica je tanka rezina polprevodniškega PN spoja, standardni svetlobni pogoji, nazivna izhodna napetost 0.5 ~ 0.55 V. Za pridobitev višje izhodne napetosti in večje moči kapaciteta, v praktičnih aplikacijah pogosto povezujejo več sončnih celic skupaj, da tvorijo baterijski sklop, ali več baterijskih paketov, da tvorijo fotovoltaični niz, kot je prikazano na sliki 1-2. Izhodna moč sončnih celic je naključna in izhodna moč iste sončne celice je različna ob različnih časih, na različnih lokacijah, z različnimi jakostmi svetlobe in pri različnih načinih namestitve.

1-1 Načelo pridobivanja energije s sončnimi fotovoltaičnimi celicami

1-2 Od celic in modulov do PV nizov

Prednosti sončne PV

Postopek pridobivanja sončne fotonapetostne energije je preprost, brez mehanskih vrtečih se delov, brez porabe goriva, brez emisij snovi, vključno s toplogrednimi plini, brez hrupa in brez onesnaževanja; Viri sončne energije so zelo razširjeni in neizčrpni. Zato je v primerjavi z novimi tehnologijami za proizvodnjo električne energije, kot sta vetrna energija in proizvodnja električne energije iz biomase, fotovoltaična proizvodnja električne energije tehnologija za proizvodnjo električne energije iz obnovljivih virov, za katero je značilen najbolj trajnostni razvoj (najbogatejši viri in najčistejši proces proizvodnje električne energije), njene glavne prednosti pa so kot sledi.

(1) Viri sončne energije so neizčrpni, sončna energija, obsevana na zemljo, je skoraj 6,000-krat večja od energije, ki jo trenutno porabijo ljudje, in sončna energija je široko razširjena na zemlji, dokler obstaja je svetloba na mestu, kjer se lahko uporablja fotonapetostni sistem za proizvodnjo električne energije brez omejitve geografske lege, nadmorske višine in drugih dejavnikov.

(2) Čeprav bodo na zemeljski površini različne dimenzije, razlike v podnebnih razmerah in drugi dejavniki povzročili neenakomerno sončno obsevanje, toda ker so viri sončne energije na voljo povsod, so lahko blizu rešitve proizvodnje električne energije, oskrbe z električno energijo in električne energije, jih ni treba prevažati na dolge razdalje, da se izognete naložbam v daljnovode in izgubi električne energije.

(3) Fotovoltaična proizvodnja električne energije je neposredno iz pretvorbe fotona v elektron, ni vmesnega procesa (kot je toplotna energija, pretvorjena v mehansko energijo, mehanska energija, pretvorjena v elektromagnetno energijo itd.) in mehanskega gibanja, ni mehanske obrabe . Po termodinamični analizi ima fotovoltaična proizvodnja električne energije zelo visoko teoretično učinkovitost proizvodnje električne energije, do 80 odstotkov ali več, razvojni potencial tehnologije.

(4) Fotovoltaična proizvodnja električne energije sama po sebi ne uporablja goriva, emisije toplogrednih plinov in drugih izpušnih snovi so skoraj enake nič, ne povzroča hrupa in ne onesnažuje zraka in vode, prijazno do okolja. Sončna energija ne bo trpela zaradi energetske krize ali nestabilnosti trga goriva, zato je sončna energija prava zelena obnovljiva energija.

(5) Postopek fotovoltaične proizvodnje električne energije ne zahteva hladilne vode, napravo za proizvodnjo električne energije pa je mogoče namestiti v puščavi in ​​Gobiju, kjer ni vode. Fotonapetostno proizvodnjo električne energije je mogoče enostavno kombinirati s strehami in stenami zgradb, da se oblikuje razdeljen na streho ali integriran sistem za proizvodnjo električne energije s fotovoltaično zgradbo, ki mu ni treba zasedati ločenega zemljišča in lahko prihrani dragocene zemljiške vire.

(6) Fotovoltaična proizvodnja električne energije nima delov mehanskega prenosa, preprosto upravljanje in vzdrževanje ter stabilno in zanesljivo delovanje. Nabor fotovoltaičnih sistemov za proizvodnjo električne energije, dokler je sonce, lahko komponente baterije proizvajajo električno energijo, skupaj z obsežno uporabo tehnologije samodejnega krmiljenja, v bistvu lahko uresničijo nizke stroške vzdrževanja brez nadzora.

(7) Delovanje fotonapetostnega sistema za proizvodnjo električne energije je stabilno in zanesljivo, življenjska doba je dolga (več kot 30 let), življenjska doba solarnih celic iz kristalnega silicija je lahko od 25 do 35 let. V fotovoltaičnem sistemu za proizvodnjo električne energije je lahko življenjska doba baterije tudi 10 do 15 let, če je zasnova razumna in izbira primerna.

(8) Struktura modula sončne celice je preprosta, majhne velikosti in majhne teže, kar je enostavno za transport in namestitev. Cikel gradnje fotonapetostnega sistema za proizvodnjo električne energije je kratek, glede na obremenitev moči pa je lahko velik ali majhen, priročen in prilagodljiv, zelo enostaven za kombiniranje, širitev.

Poleg tega je v zadnjih letih najbolj razširjen razpršeni fotonapetostni sistem za proizvodnjo električne energije, zgrajen z uporabo streh različnih zgradb in kmetijskih objektov ter streh družinskih hiš, ki poleg enakih prednosti, kot so zgoraj omenjene, omogoča, da se v zadnjih letih uporablja tudi sistem za proizvodnjo električne energije iz fotovoltaike. ima tudi naslednje prednosti.

(1) Porazdeljena fotonapetostna proizvodnja električne energije načeloma ne zavzema zemeljskih virov in se lahko uporablja za proizvodnjo in dobavo električne energije v bližini, brez ali z manj daljnovodi, kar zmanjšuje stroške prenosa. PV moduli lahko tudi neposredno nadomestijo tradicionalne stenske in strešne materiale.

(2) Distribuirani fotonapetostni sistem za proizvodnjo električne energije je proizvodnja električne energije in soobstoj električne energije ob priključitvi na distribucijsko omrežje. Oskrba z električno energijo v omrežju je v obdobju največje proizvodnje električne energije, lahko učinkovito igra vlogo izravnave konic, zmanjša drago konično obremenitev oskrbe z električno energijo v mestu in lahko do določene mere ublaži napetost porabe energije na lokalnih območjih.

Slabosti sončne PV

(1) Nizka gostota energije. Čeprav je sončna energija na Zemljo izjemno ogromna, a ker je tudi zemeljska površina zelo velika in večino zemeljskega površja pokrivajo oceani, lahko prava sončna energija doseže kopno le, da doseže zemeljski obseg sevalne energije približno 10 odstotkov, zaradi česar je lahko enota površine zemlje neposreden dostop do sončne energije razmeroma majhna, običajno do sončnega obsevanja, da izrazi površino zemlje z najvišjo vrednostjo približno 1,2 kWh / m2, in velika večina območij in večina sončnega obsevanja je nižja od 1kWh/m2. m2, velika večina površin in večina sončnih ur pa je nižja od 1kWh/m2. izkoriščanje sončne energije je pravzaprav zbiranje energije nizke gostote, izkoriščanje.

(2) Pokriva veliko območje. Gostota sončne energije je nizka, zaradi česar bo fotonapetostni sistem za proizvodnjo električne energije pokrival veliko območje, vsakih 10kW fotovoltaične električne energije pokriva površino približno 70 m2, povprečna moč za proizvodnjo električne energije na kvadratni meter površine je približno 160 W. S spodbujanjem porazdeljene fotonapetostne proizvodnje električne energije ter zrelostjo in razvojem fotonapetostne tehnologije za integrirano proizvodnjo električne energije v stavbah je mogoče uporabiti vse več fotovoltaičnih sistemov za proizvodnjo električne energije na strehah in fasadah zgradb in objektov, kar postopoma izboljšuje pomanjkljivosti fotovoltaične proizvodnje električne energije. sistemi z veliko površino.

(3) Nižja učinkovitost pretvorbe. Najosnovnejša enota fotovoltaične proizvodnje električne energije je modul sončne celice. Učinkovitost pretvorbe fotovoltaične proizvodnje električne energije se nanaša na razmerje svetlobne energije, pretvorjene v električno energijo. Trenutno je najvišja učinkovitost pretvorbe fotonapetostnih celic iz kristalnega silicija približno 21 odstotkov, učinkovitost pretvorbe baterijskih komponent je 16 do 17 odstotkov, učinkovitost pretvorbe fotovoltaičnih modulov iz amorfnega silicija do več kot 13 odstotkov. Zaradi nizke učinkovitosti fotoelektrične pretvorbe je gostota moči fotovoltaičnega sistema za proizvodnjo električne energije nizka, zato je težko oblikovati sistem za visoko proizvodnjo električne energije.

(4) Občasno delo. Na površju zemlje lahko fotonapetostni sistem proizvaja elektriko samo podnevi, ne pa tudi ponoči, kar je v neskladju z načinom rabe in navadami ljudi. Če v vesolju ni razlike med dnevom in nočjo, lahko sončne celice neprekinjeno proizvajajo elektriko.

(5) Vpliv naravnih razmer in podnebnih dejavnikov. Energija za proizvodnjo sončne fotonapetostne energije prihaja neposredno iz obsevanja sončne svetlobe, obsevanje sončne svetlobe na zemeljski površini zaradi naravnih razmer in podnebja pa ima velik vpliv na letne čase, menjavo dneva in noči, geografsko širino in nadmorsko višino ter druge naravne pogoji, pa tudi oblačno in jasno, dež, sneg, megla ali celo spremembe v oblačnosti bodo resno vplivali na stanje proizvodnje električne energije v sistemu. Poleg tega je vpliv okoljskih dejavnikov prav tako zelo velik, zlasti delci v zraku (kot je prah itd.), ki pristanejo na površini baterijskega modula, kar bo blokiralo del svetlobnega sevanja, tako da je učinkovitost pretvorbe baterije modula se zmanjša in proizvodnja energije se zmanjša.

(6) Močna geografska odvisnost. Različne geografske lokacije, tako da se viri sončne svetlobe v različnih regijah zelo razlikujejo. Fotovoltaični sistem za proizvodnjo električne energije le pri uporabi območij, bogatih z viri sončne energije, je dober, visoka donosnost naložbe.

(7) Stroški sistema so visoki. Učinkovitost sončne fotonapetostne proizvodnje energije je razmeroma nizka in zaenkrat so stroški fotovoltaične proizvodnje energije še vedno višji od drugih običajnih metod proizvodnje energije (kot sta termalna in vodna energija). To je tudi eden glavnih dejavnikov, ki omejuje njegovo široko uporabo. Vendar moramo videti, da so z nenehnim povečevanjem zmogljivosti sončnih celic in nenehnim izboljševanjem učinkovitosti sončnih celic celičnih čipov stroški fotonapetostnega sistema za proizvodnjo električne energije zelo hitro padli, cena modulov sončnih celic pa je padla z več kot 10 juanov na vat v zadnjih nekaj letih na približno 2,5 juanov/W trenutno.

(8) Postopek izdelave baterij iz kristalnega silicija povzroča visoko onesnaževanje in porabo energije. Glavna surovina za baterije iz kristalnega silicija je čisti silicij. Silicij je za kisikom drugi najpogostejši element na Zemlji, prisoten je predvsem v obliki peska (kremena). Postopna pretvorba iz peska v čisti kristalni silicij z vsebnostjo nad 99,9999 odstotka zahteva več kemijskih in fizikalnih procesov, ki poleg velike porabe energije povzročajo tudi določeno onesnaženje okolja.

Kljub omenjenim pomanjkljivostim in slabostim sončne fotonapetostne proizvodnje električne energije, postopno izčrpavanje globalne fosilne energije ter globalno segrevanje in degradacija ekološkega okolja, ki jo povzroča prekomerna poraba fosilne energije, predstavljajo veliko grožnjo za preživetje človeštva. Zato je močan razvoj obnovljivih virov energije eden glavnih ukrepov za rešitev tega problema.