Panoramica del solare fotovoltaico

Introduzione alla generazione di energia solare fotovoltaica

La generazione di energia solare fotovoltaica è un modo per generare elettricità utilizzando l'effetto fotovoltaico di una cella solare (un dispositivo semiconduttore simile a un diodo di cristallo) per convertire direttamente l'energia radiante del sole in energia elettrica e il convertitore di energia della generazione di energia solare fotovoltaica è la cella solare, detta anche cella fotovoltaica. Quando la luce solare colpisce la cella solare (composta da due diversi tipi di materiali semiconduttori omogenei di tipo P e N), parte della luce viene riflessa, parte della luce viene assorbita e parte della luce passa attraverso la cella. Energia luminosa assorbita per stimolare lo stato ad alta energia legata dell'elettrone, risultando in coppie elettrone-lacuna, nella giunzione PN del campo elettrico incorporato, elettroni, lacune e il movimento reciproco (come mostrato nella Figura 1-1), il La regione N del foro nella regione P, la regione P dell'elettrone nella regione N del movimento del lato chiaro della cella solare in modo che si accumulasse un gran numero di cariche negative (elettroni) e un gran numero di cariche positive cariche (fori) accumulate nel lato retroilluminato della batteria. Se un carico è collegato a entrambe le estremità della cella, una corrente passerà attraverso il carico e quando la luce continua a brillare, una corrente costante scorrerà attraverso il carico. Una singola cella solare è una sottile fetta di giunzione PN a semiconduttore, condizioni di luce standard, la tensione di uscita nominale di 0.5 ~ 0.55 V. Per ottenere una tensione di uscita più elevata e una potenza maggiore capacità, nelle applicazioni pratiche spesso collegano più celle solari insieme per formare un pacco batteria, o più pacchi batteria per formare un campo fotovoltaico, come mostrato nella Figura 1-2. La potenza di uscita delle celle solari è casuale e la potenza di uscita della stessa cella solare è diversa in momenti diversi, in luoghi diversi, con intensità luminose diverse e in diversi metodi di installazione.

1-1 Principio di generazione di energia delle celle solari fotovoltaiche

1-2 Da celle e moduli a pannelli fotovoltaici

Vantaggi del solare fotovoltaico

Il processo di generazione di energia solare fotovoltaica è semplice, senza parti meccaniche rotanti, nessun consumo di carburante, nessuna emissione di alcuna sostanza compresi i gas serra, nessun rumore e nessun inquinamento; le risorse di energia solare sono ampiamente distribuite e inesauribili. Pertanto, rispetto alle nuove tecnologie di generazione di energia come l'energia eolica e la generazione di energia da biomasse, la generazione di energia fotovoltaica è una tecnologia di generazione di energia rinnovabile caratterizzata dallo sviluppo più sostenibile (le risorse più ricche e il processo di generazione di energia più pulito), e i suoi principali vantaggi sono come segue.

(1) Le risorse di energia solare sono inesauribili, l'energia solare irradiata sulla terra è quasi 6,000 volte maggiore dell'energia attualmente consumata dagli esseri umani e l'energia solare è ampiamente distribuita sulla terra, fintanto che esiste è luce nel luogo in cui il sistema di generazione di energia fotovoltaica può essere utilizzato senza la restrizione di geografia, altitudine e altri fattori.

(2) Sebbene sulla superficie terrestre, dimensioni diverse, differenze nelle condizioni climatiche e altri fattori causeranno radiazioni solari non uniformi, ma poiché le risorse di energia solare sono disponibili ovunque, possono essere vicine alla soluzione di generazione di energia, alimentazione ed elettricità, non non devono essere trasportati su lunghe distanze, per evitare investimenti in linee di trasmissione a lunga distanza e perdite di energia elettrica.

(3) La generazione di energia fotovoltaica avviene direttamente dalla conversione da fotone a elettrone, non vi è alcun processo intermedio (come l'energia termica convertita in energia meccanica, l'energia meccanica convertita in energia elettromagnetica, ecc.) e il movimento meccanico, non vi è usura meccanica . Secondo l'analisi termodinamica, la generazione di energia fotovoltaica ha un'efficienza di generazione di energia teorica molto elevata, fino all'80% o più, potenziale di sviluppo tecnologico.

(4) La stessa generazione di energia fotovoltaica non utilizza carburante, l'emissione di gas serra e altre sostanze di scarico è quasi pari a zero, non produce rumore e non inquina l'aria e l'acqua, rispettosa dell'ambiente. Non risentirà della crisi energetica o dell'impatto dell'instabilità del mercato dei carburanti, l'energia solare è una vera energia verde rinnovabile.

(5) Il processo di generazione di energia fotovoltaica non richiede acqua di raffreddamento e il dispositivo di generazione di energia può essere installato nel deserto e nel Gobi dove non c'è acqua. La generazione di energia fotovoltaica può anche essere facilmente combinata con i tetti e le pareti degli edifici per formare un sistema di generazione di energia integrato distribuito sul tetto o fotovoltaico, che non ha bisogno di occupare il terreno separatamente e può risparmiare preziose risorse del terreno.

(6) La generazione di energia fotovoltaica non ha parti di trasmissione meccanica, funzionamento e manutenzione semplici e funzionamento stabile e affidabile. Un insieme di sistemi di generazione di energia fotovoltaica finché c'è il sole, i componenti della batteria possono generare elettricità, insieme all'uso estensivo della tecnologia di controllo automatico, in pratica possono realizzare bassi costi di manutenzione incustoditi.

(7) le prestazioni del sistema di generazione di energia fotovoltaica sono stabili e affidabili, lunga durata (più di 30 anni), la durata delle celle solari in silicio cristallino può durare da 25 a 35 anni. Nel sistema di generazione di energia fotovoltaica, fintanto che il design è ragionevole e la selezione è appropriata, la durata della batteria può anche durare da 10 a 15 anni.

(8) La struttura del modulo a celle solari è semplice, di piccole dimensioni e leggera, facile da trasportare e installare. Il ciclo di costruzione del sistema di generazione di energia fotovoltaica è breve e, a seconda della capacità di carico di potenza, può essere grande o piccolo, conveniente e flessibile, molto facile da combinare, espansione.

Inoltre, il più diffuso negli ultimi anni è il sistema di generazione di energia fotovoltaica distribuita realizzato sfruttando i tetti di vari edifici e strutture agricole nonché i tetti delle case familiari, che, oltre agli stessi vantaggi sopra menzionati, ha anche le seguenti superiorità.

(1) La produzione di energia fotovoltaica distribuita sostanzialmente non assorbe risorse del suolo e può essere utilizzata per generare e fornire energia nelle vicinanze, senza o con meno linee di trasmissione, il che riduce i costi di trasmissione. I moduli fotovoltaici possono anche sostituire direttamente i tradizionali materiali per pareti e tetti.

(2) Il sistema di generazione di energia fotovoltaica distribuita è la generazione di energia e la coesistenza di energia quando è collegata alla rete di distribuzione. Nella rete l'alimentazione è nel periodo di punta della generazione di energia, può svolgere efficacemente il ruolo di livellamento dei picchi, ridurre il costoso carico di alimentazione di picco in città, può in una certa misura alleviare la tensione del consumo di energia nelle aree locali.

Svantaggi del solare fotovoltaico

(1) Bassa densità di energia. Sebbene l'energia del sole sulla terra sia estremamente enorme, ma poiché anche la superficie terrestre è molto ampia e la maggior parte della superficie terrestre è coperta dall'oceano, la vera energia solare può raggiungere la superficie terrestre solo per raggiungere la gamma di energia radiante del 10 per cento o giù di lì, risultando in un'unità di superficie del terreno può essere accesso diretto all'energia del sole è relativamente piccola, di solito all'irraggiamento del sole per esprimere la superficie del valore più alto della terra di circa 1,2kWh / m2, e la stragrande maggioranza delle aree e la maggior parte del tempo di soleggiamento è inferiore a 1kWh / m2. m2, e la stragrande maggioranza delle aree e la maggior parte delle ore di sole sono inferiori a 1kWh/m2. l'utilizzo dell'energia solare è in realtà una raccolta di energia a bassa densità, utilizzo.

(2) Coprendo una vasta area. La densità di energia solare è bassa, il che rende il sistema di generazione di energia fotovoltaica coprirà una vasta area, ogni 10 kW di potenza di generazione di energia fotovoltaica copre un'area di circa 70 m2, la potenza media di generazione di energia per area di metro quadrato è di circa 160 W. Con la promozione della generazione di energia fotovoltaica distribuita e la maturità e lo sviluppo della tecnologia di generazione di energia integrata negli edifici fotovoltaici, è possibile utilizzare sempre più sistemi di generazione di energia fotovoltaica sui tetti e sulle facciate di edifici e strutture, il che migliora gradualmente le carenze della generazione di energia fotovoltaica impianti di grande metratura.

(3) Minore efficienza di conversione. L'unità di base della generazione di energia fotovoltaica è il modulo a celle solari. L'efficienza di conversione della generazione di energia fotovoltaica si riferisce al rapporto tra energia luminosa convertita in elettricità. Allo stato attuale, la più alta efficienza di conversione delle celle fotovoltaiche in silicio cristallino nel 21% circa, composta da un'efficienza di conversione dei componenti della batteria dal 16% al 17%, efficienza di conversione del modulo fotovoltaico in silicio amorfo fino a oltre il 13%. A causa della bassa efficienza di conversione fotoelettrica, la densità di potenza del sistema di generazione di energia fotovoltaica è bassa, è difficile formare un sistema di generazione di energia elevata.

(4) Lavoro intermittente. Sulla superficie della terra, il sistema di generazione di energia fotovoltaica può generare elettricità solo durante il giorno, ma non di notte, il che è incoerente con il modo di usare l'elettricità e le abitudini delle persone. A meno che non vi sia alcuna differenza tra il giorno e la notte nello spazio, le celle solari possono generare elettricità in modo continuo.

(5) Influenzato dalle condizioni naturali e dai fattori climatici. L'energia di generazione di energia solare fotovoltaica proviene direttamente dall'irradiazione solare e l'irradiazione solare sulla superficie terrestre dalle condizioni naturali e dal clima ha un grande impatto sulle stagioni dell'anno, l'alternanza di giorno e notte, latitudine geografica e altitudine e altri fattori naturali condizioni, così come nuvoloso e sereno, pioggia, neve, nebbia o persino cambiamenti nella copertura nuvolosa avranno un grave impatto sullo stato di generazione di energia del sistema. Inoltre, anche l'impatto dei fattori ambientali è molto elevato, in particolare le particelle sospese nell'aria (come polvere, ecc.) atterrate sulla superficie del modulo batteria, che bloccheranno parte dell'irradiazione luminosa, in modo che l'efficienza di conversione della batteria modulo è ridotto e la produzione di energia è ridotta.

(6) Forte dipendenza geografica. Diverse posizioni geografiche, in modo che le risorse solari nelle varie regioni variano notevolmente. Sistema di generazione di energia fotovoltaica solo nell'applicazione di aree ricche di risorse di energia solare è buono, alto ritorno sull'investimento.

(7) Il costo del sistema è elevato. L'efficienza della generazione di energia solare fotovoltaica è relativamente bassa e, finora, il costo della generazione di energia fotovoltaica è ancora superiore rispetto ad altri metodi di generazione di energia convenzionali (come l'energia termica e idroelettrica). Questo è anche uno dei principali fattori che ne limitano l'ampia applicazione. Tuttavia, dovremmo vedere che con la continua espansione della capacità delle celle solari e il continuo miglioramento dell'efficienza delle celle solari dei chip delle celle, il costo del sistema di generazione di energia fotovoltaica è diminuito molto rapidamente e il prezzo dei moduli delle celle solari è sceso da più da 10 yuan per watt negli ultimi anni a circa 2,5 yuan/W attualmente.

(8) Il processo di fabbricazione delle batterie al silicio cristallino è ad alto contenuto di inquinamento e consumo energetico. La principale materia prima per le batterie al silicio cristallino è il silicio puro. Il silicio è il secondo elemento più abbondante sulla Terra dopo l'ossigeno, presente principalmente sotto forma di sabbia (silice). La graduale trasformazione dalla sabbia al silicio cristallino puro con un contenuto superiore al 99,9999% richiede molteplici processi chimici e fisici, che non solo consumano una grande quantità di energia, ma provocano anche un certo inquinamento ambientale.

Nonostante le suddette carenze e gli svantaggi della generazione di energia solare fotovoltaica, il graduale esaurimento dell'energia fossile globale e il riscaldamento globale e il degrado dell'ambiente ecologico causato dall'eccessivo consumo di energia fossile rappresentano una grande minaccia per la sopravvivenza umana. Pertanto, lo sviluppo vigoroso dell'energia rinnovabile è una delle principali misure per risolvere questo problema.