Преглед на слънчевите фотоволтаици

Въведение в слънчевото фотоволтаично производство на енергия

Генерирането на слънчева фотоволтаична енергия е начин за генериране на електричество чрез използване на фотоволтаичния ефект на слънчева клетка (полупроводниково устройство, подобно на кристален диод) за директно преобразуване на лъчистата енергия на слънцето в електрическа енергия, а енергийният преобразувател на слънчевата фотоволтаична електроенергия е слънчевата клетка, известна още като фотоволтаична клетка. Когато слънчевата светлина удари слънчевата клетка (съставена от два различни вида хомогенни полупроводникови материали от типове P и N), част от светлината се отразява, част от светлината се абсорбира и част от светлината преминава през клетката. Погълната светлинна енергия за стимулиране на свързаното високоенергийно състояние на електрона, което води до двойки електрон - дупка, в PN прехода на вграденото електрическо поле, електрони, дупки и взаимно движение (както е показано на фигура 1-1), N областта на дупката към P областта, P областта на електрона към N областта на движението на светлата страна на слънчевата клетка, така че голям брой отрицателни заряди (електрони) се натрупват и голям брой положителни заряди (дупки), натрупани в страната на задната светлина на батерията. Ако товар е свързан към двата края на клетката, през товара ще премине ток и когато светлината продължава да свети, през товара ще тече постоянен ток. Единична слънчева клетка е тънка част от полупроводников PN преход, стандартни светлинни условия, номинално изходно напрежение от 0.5 ~ 0.55 V. За да се получи по-високо изходно напрежение и по-голяма мощност капацитет, в практическите приложения често свързват няколко слънчеви клетки заедно, за да образуват батериен пакет, или повече батерийни пакети, за да образуват фотоволтаичен масив, както е показано на фигура 1-2. Изходната мощност на слънчевите клетки е произволна и изходната мощност на една и съща слънчева клетка е различна в различно време, на различни места, с различен интензитет на светлината и при различни методи на инсталиране.

1-1 Принцип на генериране на енергия от слънчеви фотоволтаични клетки

1-2 От клетки и модули до PV масиви

Предимства на слънчевата PV

Процесът на генериране на слънчева фотоволтаична енергия е прост, без механични въртящи се части, без консумация на гориво, без емисии на вещества, включително парникови газове, без шум и без замърсяване; ресурсите на слънчевата енергия са широко разпространени и неизчерпаеми. Следователно, в сравнение с новите технологии за производство на електроенергия като вятърна енергия и производство на енергия от биомаса, фотоволтаичното производство на енергия е технология за производство на електроенергия от възобновяеми източници, характеризираща се с най-устойчиво развитие (най-богатите ресурси и най-чистият процес на производство на електроенергия), а основните му предимства са както следва.

(1) Ресурсите на слънчева енергия са неизчерпаеми, слънчевата енергия, излъчена към земята, е близо 6, 000 пъти по-голяма от енергията, консумирана в момента от хората, и слънчевата енергия е широко разпространена на земята, стига да има е светлина на мястото, където фотоволтаичната система за производство на електроенергия може да се използва без ограничение на география, надморска височина и други фактори.

(2) Въпреки че на земната повърхност различни размери, разлики в климатичните условия и други фактори ще причинят неравномерна слънчева радиация, но тъй като слънчевите енергийни ресурси са достъпни навсякъде, може да бъде близо до решението за производство на електроенергия, захранване и електричество, направете не трябва да се транспортират на дълги разстояния, за да се избегнат инвестиции в преносна линия на дълги разстояния и загуба на електрическа енергия.

(3) Генерирането на фотоволтаична енергия е директно от преобразуване на фотони в електрони, няма междинен процес (като топлинна енергия, преобразувана в механична енергия, механична енергия, преобразувана в електромагнитна енергия и т.н.) и механично движение, няма механично износване . Според термодинамичния анализ, фотоволтаичното производство на електроенергия има много висока теоретична ефективност на производството на електроенергия, до 80 процента или повече, потенциал за развитие на технологиите.

(4) Самото производство на фотоволтаична енергия не използва гориво, емисиите на парникови газове и други изгорели вещества са почти нулеви, не произвежда шум и няма да замърсява въздуха и водата, щадящи околната среда. Няма да пострада от въздействието на енергийната криза или нестабилността на пазара на горива, слънчевата енергия е истинска зелена възобновяема енергия.

(5) Процесът на фотоволтаично производство на електроенергия не изисква охлаждаща вода и устройството за генериране на електроенергия може да бъде инсталирано в пустинята и Гоби, където няма вода. Фотоволтаичното производство на електроенергия също може лесно да се комбинира с покривите и стените на сградите, за да се образува покривна разпределена или интегрирана фотоволтаична сграда система за производство на електроенергия, която не е необходимо да заема отделно земята и може да спести ценни земни ресурси.

(6) Фотоволтаичното производство на електроенергия няма механични трансмисионни части, проста работа и поддръжка и стабилна и надеждна работа. Комплект от фотоволтаични системи за генериране на електроенергия, стига да има слънце, компонентите на батерията могат да генерират електричество, съчетано с широкото използване на технология за автоматично управление, основно могат да реализират без надзор, ниски разходи за поддръжка.

(7) производителността на фотоволтаичната система за генериране на електроенергия е стабилна и надеждна, дълъг експлоатационен живот (повече от 30 години), животът на слънчевите клетки от кристален силиций може да бъде от 25 до 35 години. Във фотоволтаичната система за генериране на електроенергия, стига дизайнът да е разумен и изборът да е подходящ, животът на батерията също може да бъде 10 до 15 години.

(8) Структурата на модула за слънчеви клетки е проста, малка по размер и леко тегло, което е лесно за транспортиране и инсталиране. Цикълът на изграждане на фотоволтаична система за производство на електроенергия е кратък и според мощността на натоварване може да бъде голям или малък, удобен и гъвкав, много лесен за комбиниране, разширяване.

В допълнение, най-широко използваната през последните години е разпределената фотоволтаична система за генериране на електроенергия, изградена чрез използване на покривите на различни сгради и селскостопански съоръжения, както и покривите на фамилни къщи, която освен същите предимства като споменатите по-горе, също има следните превъзходства.

(1) Разпределеното фотоволтаично производство на електроенергия по принцип не заема земни ресурси и може да се използва за генериране и доставка на електроенергия в близост, без или с по-малко преносни линии, което намалява разходите за пренос. Фотоволтаичните модули могат също директно да заменят традиционните стенни и покривни материали.

(2) Разпределената фотоволтаична система за производство на електроенергия е производство на електроенергия и съвместно съществуване на електроенергия, когато е свързана към разпределителната мрежа. В мрежата електрозахранването е в пиковия период на производство на електроенергия, може ефективно да играе ролята на пиково изравняване, да намали скъпото пиково захранване в града, може до известна степен да облекчи напрежението от потреблението на енергия в местните райони.

Недостатъци на слънчевата PV

(1) Ниска енергийна плътност. Въпреки че слънчевата енергия към земята е изключително огромна, но тъй като площта на земната повърхност също е много голяма и по-голямата част от земната повърхност е покрита от океана, истинската слънчева енергия може да достигне земната повърхност само за да достигне обхвата на земята от лъчиста енергия от 10 процента или така, което води до единица площ от земята може да бъде директен достъп до слънчевата енергия е сравнително малък, обикновено до слънчевото излъчване, за да изрази повърхността на най-високата стойност на земята от около 1,2kWh / m2, и по-голямата част от областите и по-голямата част от времето на слънчево греене е по-ниско от 1kWh / m2. m2, а по-голямата част от площите и повечето слънчеви часове са под 1kWh/m2. използването на слънчева енергия всъщност е събиране на енергия с ниска плътност, използване.

(2) Покриване на голяма площ. Плътността на слънчевата енергия е ниска, което прави фотоволтаичната система за производство на електроенергия ще покрива голяма площ, всяка 10kW фотоволтаична мощност за производство на електроенергия покрива площ от около 70m2, средната мощност за генериране на електроенергия на квадратен метър площ е около 160W. С насърчаването на разпределеното производство на фотоволтаична енергия и зрелостта и развитието на технологията за интегрирано производство на енергия от фотоволтаични сгради, все повече и повече фотоволтаични системи за производство на енергия могат да се използват на покривите и фасадите на сгради и конструкции, което постепенно подобрява недостатъците на фотоволтаичното производство на енергия системи с голяма площ.

(3) По-ниска ефективност на преобразуване. Най-основната единица за фотоволтаично производство на енергия е модулът на слънчевата клетка. Ефективността на преобразуване на фотоволтаичното производство на електроенергия се отнася до съотношението на светлинната енергия, преобразувана в електричество. Понастоящем най-високата ефективност на преобразуване на кристални силициеви фотоволтаични клетки в 21 процента или така, направена от компоненти на батерията ефикасност на преобразуване от 16 процента до 17 процента, ефективност на преобразуване на фотоволтаични модули от аморфен силиций до повече от 13 процента. Поради ниската ефективност на фотоелектрическото преобразуване, плътността на мощността на фотоволтаичната система за генериране на електроенергия е ниска, трудно е да се формира система за генериране на висока мощност.

(4) Прекъсната работа. На повърхността на земята фотоволтаичната система за генериране на електроенергия може да генерира електричество само през деня, но не и през нощта, което е в противоречие с начина на използване на електроенергията и навиците на хората. Освен ако няма разлика между деня и нощта в космоса, слънчевите клетки могат да генерират електричество непрекъснато.

(5) Влияние от природни условия и климатични фактори. Енергията за генериране на слънчева фотоволтаична енергия идва директно от слънчевото излъчване, а слънчевото излъчване на земната повърхност от природните условия и климат има голямо влияние върху сезоните на годината, редуването на деня и нощта, географската ширина и надморска височина и други природни условия, както и облачно и ясно, дъжд, сняг, мъгла или дори промени в облачната покривка ще окажат сериозно въздействие върху състоянието на производството на електроенергия в системата. В допълнение, влиянието на факторите на околната среда също е много голямо, особено частиците във въздуха (като прах и т.н.), кацнали върху повърхността на модула на батерията, което ще блокира част от светлинното излъчване, така че ефективността на преобразуване на батерията модулът е намален и генерирането на мощност е намалено.

(6) Силна географска зависимост. Различни географски местоположения, така че слънчевите ресурси в различните региони варират значително. Фотоволтаична система за производство на електроенергия само в прилагането на слънчева енергия богати на ресурси райони е добра, висока възвръщаемост на инвестициите.

(7) Цената на системата е висока. Ефективността на слънчевото фотоволтаично производство на електроенергия е относително ниска и досега цената на фотоволтаичното производство на електроенергия все още е по-висока от другите конвенционални методи за производство на електроенергия (като топлинна и водна енергия). Това е и един от основните фактори, ограничаващи масовото му приложение. Въпреки това трябва да видим, че с непрекъснатото разширяване на капацитета на слънчевите клетки и непрекъснатото подобряване на ефективността на слънчевите клетки на клетъчните чипове, цената на фотоволтаичната система за генериране на електроенергия е спаднала много бързо, а цената на модулите на слънчевите клетки е спаднала от повече от 10 юана на ват през последните няколко години до около 2,5 юана/W в момента.

(8) Процесът на производство на кристални силициеви батерии е с високо замърсяване и консумация на енергия. Основната суровина за кристалните силициеви батерии е чистият силиций. Силицият е вторият най-разпространен елемент на Земята след кислорода, присъстващ главно под формата на пясък (силициев диоксид). Постепенното превръщане от пясък в чист кристален силиций със съдържание над 99,9999 процента изисква множество химични и физични процеси, които не само консумират голямо количество енергия, но и причиняват известно замърсяване на околната среда.

Въпреки гореспоменатите недостатъци и недостатъци на слънчевото фотоволтаично производство на енергия, постепенното изчерпване на глобалната енергия от изкопаеми горива и глобалното затопляне и деградацията на екологичната среда, причинени от прекомерното потребление на енергия от изкопаеми горива, представляват голяма заплаха за човешкото оцеляване. Ето защо, енергичното развитие на възобновяемата енергия е една от основните мерки за решаване на този проблем.