Огляд сонячної фотоелектричної енергії

Вступ до сонячної фотоелектричної генерації

Сонячна фотоелектрична генерація електроенергії — це спосіб генерації електроенергії шляхом використання фотоелектричного ефекту сонячної батареї (напівпровідникового пристрою, подібного до кристалічного діода) для прямого перетворення випромінювання сонячної енергії в електричну енергію, а перетворювач енергії сонячної фотоелектричної генерації електроенергії — це сонячний елемент, також відомий як фотоелектричний елемент. Коли сонячне світло потрапляє на сонячний елемент (що складається з двох різних типів однорідних напівпровідникових матеріалів типу P і N), частина світла відбивається, частина світла поглинається, а частина світла проходить через елемент. Поглинена світлова енергія щоб стимулювати зв’язаний високоенергетичний стан електрона, що призводить до появи електронно-діркових пар у PN-переході вбудованого електричного поля, електронів, дірок та руху один одного (як показано на малюнку 1-1), Область N дірки до області P, область P від ​​електрона до області N рух світлої сторони сонячної батареї, щоб накопичилася велика кількість негативних зарядів (електронів) і велика кількість позитивних заряди (діри), накопичені на стороні підсвічування батареї. Якщо навантаження підключено до обох кінців комірки, струм буде проходити через навантаження, і коли світло продовжує світити, постійний струм буде протікати через навантаження. Один сонячний елемент — це тонкий шматок напівпровідникового PN-переходу, стандартні умови освітлення, номінальна вихідна напруга 0.5 ~ 0.55 В. Для отримання вищої вихідної напруги та більшої потужності ємності, у практичних застосуваннях часто з’єднують кілька сонячних елементів разом, щоб утворити акумуляторну батарею, або більше батарейних блоків, щоб сформувати фотоелектричну батарею, як показано на малюнку 1-2. Вихідна потужність сонячних елементів є випадковою, і вихідна потужність одного сонячного елемента різна в різний час, у різних місцях, з різною інтенсивністю світла та різними способами встановлення.

1-1 Принцип генерації енергії сонячними фотоелектричними елементами

1-2 Від комірок і модулів до фотоелектричних масивів

Переваги сонячної фотоелектричної енергії

Процес виробництва сонячної фотоелектричної енергії простий, без механічних частин, що обертаються, без споживання палива, без викидів будь-яких речовин, включаючи парникові гази, без шуму та забруднення; Ресурси сонячної енергії широко поширені і невичерпні. Таким чином, у порівнянні з новими технологіями виробництва електроенергії, такими як енергія вітру та біомаси, фотоелектрична генерація електроенергії є технологією виробництва електроенергії з відновлюваних джерел, що характеризується найбільш стійким розвитком (найбагатші ресурси та найчистіший процес виробництва електроенергії), а її основні переваги: наступним чином.

(1) Ресурси сонячної енергії є невичерпними, сонячна енергія, що випромінюється на землю, майже в 6, 000 разів перевищує енергію, яку зараз споживає людина, і сонячна енергія широко поширена на землі, якщо є світло в місці, де фотоелектрична система виробництва електроенергії може використовуватися без обмеження географії, висоти та інших факторів.

(2) Хоча на земній поверхні різні розміри, відмінності в кліматичних умовах та інші фактори призведуть до нерівномірного сонячного випромінювання, але оскільки ресурси сонячної енергії доступні всюди, це може бути близьким до рішення виробництва електроенергії, електропостачання та електроенергії, не потрібно транспортувати на великі відстані, щоб уникнути інвестицій у міжміські лінії електропередачі та втрати електроенергії.

(3) Фотоелектрична генерація електроенергії відбувається безпосередньо від перетворення фотонів в електрони, немає проміжного процесу (наприклад, теплової енергії, перетвореної на механічну енергію, механічної енергії, перетвореної на електромагнітну енергію тощо) і механічного руху, немає механічного зносу. . Відповідно до термодинамічного аналізу, фотоелектричне виробництво електроенергії має дуже високу теоретичну ефективність виробництва електроенергії, до 80 відсотків або більше, потенціал розвитку технологій.

(4) Фотоелектричне виробництво електроенергії само по собі не використовує паливо, викиди парникових газів та інших вихлопних речовин майже нульові, не виробляють шуму та не забруднюють повітря та воду, безпечні для навколишнього середовища. Сонячна енергія не постраждає від енергетичної кризи чи нестабільності на ринку палива, тому вона є справжньою зеленою відновлюваною енергією.

(5) Фотоелектричний процес виробництва електроенергії не вимагає охолодження води, і пристрій для виробництва електроенергії можна встановити в пустелі та Гобі, де немає води. Фотоелектричне виробництво електроенергії також можна легко об’єднати з дахами та стінами будівель, щоб утворити розподілену на даху або інтегровану систему виробництва електроенергії з фотоелектричної будівлі, якій не потрібно окремо займати землю та яка може економити цінні земельні ресурси.

(6) Фотогальванічна генерація електроенергії не має механічних частин трансмісії, проста в експлуатації та обслуговуванні, а також стабільна та надійна робота. Набір фотоелектричних систем виробництва електроенергії, поки є сонце, компоненти батареї можуть виробляти електроенергію в поєднанні з широким використанням технології автоматичного керування, в основному можуть реалізувати роботу без нагляду, низькі витрати на обслуговування.

(7) продуктивність фотоелектричної системи виробництва електроенергії стабільна та надійна, тривалий термін служби (понад 30 років), термін служби сонячних елементів із кристалічного кремнію може становити від 25 до 35 років. У фотоелектричній системі виробництва електроенергії, за умови, що конструкція є розумною, а вибір відповідним, термін служби батареї також може становити від 10 до 15 років.

(8) Конструкція модуля сонячної батареї проста, має невеликий розмір і легку вагу, що легко транспортувати та встановлювати. Цикл будівництва фотоелектричної системи виробництва електроенергії короткий, і відповідно до потужності навантаження може бути великою або малою, зручною та гнучкою, дуже легкою для комбінування, розширенням.

Крім того, найбільш широко використовуваним в останні роки є розподілена фотоелектрична система генерації електроенергії, побудована з використанням дахів різних будівель і сільськогосподарських об’єктів, а також дахів сімейних будинків, яка, крім тих же переваг, що й згадані вище, також має такі переваги.

(1) Розподілена фотоелектрична генерація електроенергії в основному не займає земельних ресурсів і може використовуватися для виробництва та постачання електроенергії поблизу, без або з меншою кількістю ліній електропередачі, що зменшує витрати на передачу. Фотоелектричні модулі також можуть безпосередньо замінити традиційні матеріали стін і даху.

(2) Розподілена фотоелектрична система виробництва електроенергії – це виробництво та співіснування електроенергії при підключенні до розподільчої мережі. Постачання електроенергії в мережі знаходиться в піковому періоді виробництва електроенергії, може ефективно відігравати роль пікового вирівнювання, скоротити дороге пікове навантаження на електропостачання в місті, може певною мірою зменшити напругу споживання електроенергії в місцевих районах.

Недоліки сонячної фотоелектричної системи

(1) Низька щільність енергії. Незважаючи на те, що сонячна енергія надходить до Землі надзвичайно велика, але оскільки площа земної поверхні також дуже велика, і більшу частину поверхні землі вкриває океан, справжня сонячна енергія може досягати поверхні суші лише для того, щоб досягти земного діапазону промениста енергія становить 10 відсотків або близько того, в результаті чого одиниця площі землі може мати прямий доступ до сонячної енергії відносно невелика, як правило, до сонячного випромінювання, щоб виразити поверхню землі, найвище значення приблизно 1,2 кВт·год / м2, і Переважна більшість територій і більшість сонячного часу становлять менше 1 кВт/м2. м2, а переважна більшість територій і більшість годин сонячного сяйва нижчі за 1 кВт·год/м2. використання сонячної енергії – це фактично збір, утилізація енергії низької щільності.

(2) Охоплення великої території. Щільність сонячної енергії низька, тому фотоелектрична система виробництва електроенергії охоплює велику територію, кожні 10 кВт потужності фотоелектричної енергії охоплюють площу близько 70 м2, середня потужність виробництва електроенергії на квадратний метр площі становить близько 160 Вт. З просуванням розподіленої фотоелектричної генерації електроенергії та зрілістю та розвитком технології інтегрованої фотоелектричної генерації електроенергії все більше і більше фотоелектричних систем генерації електроенергії можна використовувати на дахах і фасадах будівель і споруд, що поступово покращує недоліки фотоелектричної генерації електроенергії. системи з великою площею.

(3) Нижча ефективність перетворення. Основною одиницею фотоелектричної генерації електроенергії є модуль сонячної батареї. Ефективність перетворення фотоелектричної енергії означає відношення енергії світла, перетвореної в електрику. В даний час найвища ефективність перетворення кристалічних кремнієвих фотоелектричних елементів становить 21 відсоток або близько того, ефективність перетворення компонентів батареї становить від 16 до 17 відсотків, ефективність перетворення фотоелектричних модулів з аморфного кремнію досягає понад 13 відсотків. Через низьку ефективність фотоелектричного перетворення щільність потужності фотоелектричної системи виробництва електроенергії низька, тому важко сформувати систему високої потужності.

(4) Переривчаста робота. На поверхні землі фотоелектрична система виробництва електроенергії може виробляти електроенергію лише вдень, але не вночі, що суперечить способам використання електроенергії та звичкам людей. Якщо в космосі немає різниці між днем ​​і ніччю, сонячні батареї можуть виробляти електроенергію безперервно.

(5) Під впливом природних умов і кліматичних факторів. Енергія виробництва сонячної фотоелектричної енергії надходить безпосередньо від сонячного випромінювання, а випромінювання сонячного світла на земну поверхню через природні умови та клімат має великий вплив на пори року, чергування дня та ночі, географічну широту та висоту над рівнем моря та інші природні погодні умови, а також хмарність і прояснення, дощ, сніг, туман або навіть зміна хмарності матимуть серйозний вплив на стан виробництва електроенергії в системі. Крім того, вплив факторів навколишнього середовища також дуже великий, особливо частинки повітря (такі як пил тощо), які потрапляють на поверхню акумуляторного модуля, що блокує частину світлового випромінювання, щоб ефективність перетворення акумулятора модуль зменшується, а виробництво електроенергії зменшується.

(6) Сильна географічна залежність. Різне географічне розташування, тому ресурси сонячного світла в різних регіонах сильно відрізняються. Фотоелектрична система виробництва електроенергії лише у застосуванні сонячної енергії багатих ресурсами районів є хорошою, високою окупністю інвестицій.

(7) Вартість системи висока. Ефективність виробництва сонячної фотоелектричної енергії відносно низька, і поки що вартість виробництва фотоелектричної енергії все ще вища, ніж інші звичайні методи виробництва електроенергії (такі як теплова та гідроенергетика). Це також є одним із основних факторів, що обмежують його широке застосування. Однак ми повинні побачити, що з безперервним розширенням потужності сонячних елементів і безперервним підвищенням ефективності сонячних елементів чіпів, вартість фотоелектричних систем виробництва електроенергії впала дуже швидко, а ціна модулів сонячних елементів впала з більш ніж 10 юанів за ват за останні кілька років до приблизно 2,5 юанів/Вт зараз.

(8) Процес виробництва кристалічних кремнієвих батарей є високим у забрудненні та споживанні енергії. Основною сировиною для кристалічних кремнієвих батарей є чистий кремній. Кремній є другим за поширеністю елементом на Землі після кисню, головним чином присутнім у формі піску (кремнезему). Поступове перетворення піску в чистий кристалічний кремній із вмістом понад 99,9999 відсотка вимагає багатьох хімічних і фізичних процесів, які не тільки споживають велику кількість енергії, але й спричиняють певне забруднення навколишнього середовища.

Незважаючи на вищезазначені недоліки та недоліки виробництва сонячної фотоелектричної енергії, поступове виснаження глобальної викопної енергії та глобальне потепління та погіршення екологічного середовища, спричинені надмірним споживанням викопної енергії, становлять велику загрозу для виживання людства. Тому активний розвиток відновлюваної енергетики є одним із основних заходів вирішення цієї проблеми.