Προβολές: 0 Συγγραφέας: Επεξεργαστής Ιστότοπου Ώρα δημοσίευσης: 2023-08-10 Προέλευση: Τοποθεσία
Η παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας, αξιοποιώντας το φωτοβολταϊκό φαινόμενο στις διεπαφές ημιαγωγών, μετατρέπει άμεσα την οπτική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η τεχνολογία περιλαμβάνει τρία βασικά στοιχεία: ηλιακούς συλλέκτες (modules), ελεγκτές και μετατροπείς. Αυτά τα εξαρτήματα, που αποτελούνται κυρίως από ηλεκτρονικά στοιχεία, συνενώνονται σε ένα ολοκληρωμένο σύστημα παραγωγής φωτοβολταϊκού ρεύματος.
Με τα διακριτικά της πλεονεκτήματα, η ηλιακή ενέργεια έχει πάρει το προσκήνιο. Η άφθονη ηλιακή ακτινοβολία έχει αναδειχθεί ως ζωτική πηγή ενέργειας, ενσωματώνοντας χαρακτηριστικά όπως η απεριόριστη διαθεσιμότητα, τα χαρακτηριστικά χωρίς ρύπανση, η οικονομική προσιτότητα και η απεριόριστη προσβασιμότητα. Η εισροή ηλιακής ενέργειας στο έδαφος μπορεί να φτάσει σε αξιοσημείωτα επίπεδα των 800 MWhm ανά δευτερόλεπτο. Οι σαγηνευτικές ιδιότητες της ηλιακής ενέργειας έχουν τροφοδοτήσει την αναπτυξιακή της τροχιά από τη δεκαετία του 1980.
Στον πυρήνα της παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας βρίσκεται το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο εντός των ημιαγωγών. Με την ακτινοβολία από φωτόνια, αυτοί οι ημιαγωγοί απορροφούν ενέργεια και ελευθερώνουν ηλεκτρόνια. Όταν αυτή η απελευθερωμένη ενέργεια υπερνικήσει τις δυνάμεις δέσμευσης μέσα στο άτομο, σχηματίζει ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Το πυρίτιο, με τα τέσσερα εξωτερικά του ηλεκτρόνια, μετατρέπεται σε ημιαγωγούς τύπου Ν με την ενσωμάτωση πέντε εξωτερικών ηλεκτρονίων από στοιχεία όπως ο φώσφορος. Αντίστροφα, το βόριο αποδίδει ημιαγωγούς τύπου Ρ. Η ένωση των ημιαγωγών τύπου P και τύπου N δημιουργεί μια διαφορά δυναμικού, γεννώντας ένα ηλιακό κύτταρο. Όταν το ηλιακό φως χτυπά τη διασταύρωση PN, ένα ρεύμα ρέει από την πλευρά τύπου P στην πλευρά τύπου N.
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ένα κομβικό φαινόμενο στη φυσική, εκδηλώνεται όταν ορισμένες ουσίες απορροφούν ενέργεια από ηλεκτρομαγνητικά κύματα πάνω από μια συγκεκριμένη συχνότητα, δημιουργώντας ένα ρεύμα - οπτικό ηλεκτρισμό.
Η παραγωγή πολυκρυσταλλικού πυριτίου καταλήγει σε πλινθώματα, φέτες και γκοφρέτες πυριτίου, τα οποία στη συνέχεια υποβάλλονται σε επεξεργασία. Η εισαγωγή ιχνών ποσοτήτων βορίου και φωσφόρου στη γκοφρέτα πυριτίου σχηματίζει μια ένωση PN. Η επακόλουθη εκτύπωση με μεταξωτό πλέγμα, εφαρμογή λεπτής πάστας αργύρου, πυροσυσσωμάτωση, εφαρμογή οπίσθιου ηλεκτροδίου και εναπόθεση αντιανακλαστικής επίστρωσης ολοκληρώνουν τη διάταξη των ηλιακών κυψελών. Αυτές οι κυψέλες συνδυάζονται σε μονάδες, τυλιγμένες σε περίβλημα αλουμινίου με γυαλί που καλύπτει το μπροστινό μέρος και εφοδιασμένα με πίσω ηλεκτρόδια. Σε συνδυασμό με βοηθητικές συσκευές, αυτό σχηματίζει ένα φωτοβολταϊκό σύστημα παραγωγής ενέργειας. Η μετατροπή DC σε AC απαιτεί έναν μετατροπέα, ο οποίος επιτρέπει την έγχυση ισχύος στο δημόσιο δίκτυο ή την αποθήκευση μπαταρίας. Τα εξαρτήματα της μπαταρίας αντιπροσωπεύουν συνήθως το 50% του κόστους του συστήματος, με το υπόλοιπο να περιλαμβάνει μετατροπείς, τέλη εγκατάστασης, βοηθητικά εξαρτήματα και άλλα έξοδα.
Στο πλαίσιο των περιορισμένων συμβατικών ενεργειακών πόρων παγκοσμίως, η ηλιακή ενέργεια αναδεικνύεται ως φάρος. Τα πεπερασμένα αποθέματα ορυκτών καυσίμων της Κίνας είναι ωχρά σε σύγκριση με τους παγκόσμιους μέσους όρους, που ανέρχονται σε μόλις 10%. Η ηλιακή ενέργεια, ένας ανανεώσιμος, ασφαλής, χωρίς θόρυβο και ρύπανση πηγή, δεν περιορίζεται από γεωγραφικούς περιορισμούς. Οι εφαρμογές του καλύπτουν στέγες, περιοχές με πολύπλοκο έδαφος και πολλά άλλα. Η ηλιακή ενέργεια εξαλείφει την ανάγκη για κατανάλωση καυσίμου και επιτόπια παραγωγή ενέργειας, ευθυγραμμιζόμενη καλά με μακροπρόθεσμες ενεργειακές στρατηγικές.
Σε σύγκριση με τη συμβατική παραγωγή θερμικής ενέργειας, η φωτοβολταϊκή παραγωγή ενέργειας έχει πολλά πλεονεκτήματα:
1: Χωρίς εγγενείς κινδύνους
2: Απόλυτα ασφαλές και αξιόπιστο, χωρίς θόρυβο και ρύπανση
3: Αδιαπέραστο σε γεωγραφικούς περιορισμούς, κατάλληλο για διαφορετικές τοποθεσίες
4: Ανεξάρτητο από το καύσιμο, εξαλείφοντας την ανάγκη για επιτόπια παραγωγή ενέργειας
5: Προσφέρει ενέργεια υψηλής ποιότητας
6：Συναισθηματικά αποδεκτό από τους χρήστες
7：Ταχύς κύκλος κατασκευής και οικονομικά αποδοτική παραγωγή ενέργειας
Ωστόσο, η παραγωγή ηλιακών συλλεκτών μπορεί να είναι ενεργοβόρα και επιζήμια για το περιβάλλον. Η τρέχουσα κατασκευή ηλιακών πάνελ, αν και είναι ωφέλιμη για τον κόσμο, μπορεί να ασκήσει ρύπανση εξωτερικά ενώ μολύνει στο εσωτερικό. Η κατασκευή ενός ηλιακού πάνελ 1 m x 1,5 m απαιτεί την καύση άνω των 40 kg άνθρακα, ενώ οι πιο αποδοτικοί κινεζικοί θερμοηλεκτρικοί σταθμοί μπορούν να παράγουν 130 kWh ηλεκτρικής ενέργειας με την ίδια ποσότητα άνθρακα. Επιπλέον, οι προκλήσεις περιλαμβάνουν:
1: Χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα που απαιτεί εκτεταμένη χρήση γης
2: Μεταβλητή παραγωγή ενέργειας βάσει μετεωρολογικών συνθηκών
3: Υψηλότερο κόστος παραγωγής σε σύγκριση με τη θερμική ενέργεια
4: Μη φιλικές προς το περιβάλλον διαδικασίες κατασκευής φωτοβολταϊκών πάνελ
Η αυτόνομη φωτοβολταϊκή παραγωγή ενέργειας, γνωστή και ως φωτοβολταϊκή παραγωγή ενέργειας εκτός δικτύου, αποτελείται από ηλιακούς συλλέκτες, ελεγκτές και μπαταρίες. Σε περιπτώσεις που απαιτούν εναλλασσόμενο ρεύμα, είναι απαραίτητος ένας μετατροπέας. Εξυπηρετεί εφαρμογές όπως τροφοδοσία χωριού σε απομακρυσμένες περιοχές, ηλιακά συστήματα οικιακής ενέργειας, τροφοδοσία σήματος επικοινωνίας, προστασία καθόδου και ηλιακό φωτισμό δρόμων.
Η παραγωγή φωτοβολταϊκού ρεύματος που συνδέεται με το δίκτυο μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς ρεύματος από ηλιακούς συλλέκτες σε εναλλασσόμενο ρεύμα που πληροί τα δημοτικά πρότυπα ηλεκτρικού δικτύου μέσω μετατροπέων που συνδέονται στο δίκτυο. Αυτή η ταξινόμηση περιλαμβάνει συστήματα με και χωρίς αποθήκευση μπαταρίας.
Τα συνδεδεμένα στο δίκτυο συστήματα με μπαταρίες προσφέρουν ρυθμιζόμενα χαρακτηριστικά και μπορούν να συνδεθούν ή να αποσυνδεθούν από το ηλεκτρικό δίκτυο όπως απαιτείται. Μπορούν να λειτουργήσουν ως εφεδρεία έκτακτης ανάγκης κατά τη διάρκεια διακοπών ρεύματος. Τέτοια συστήματα εγκαθίστανται συχνά σε κτίρια κατοικιών. Από την άλλη πλευρά, τα συνδεδεμένα στο δίκτυο συστήματα χωρίς μπαταρίες παρέχουν λειτουργίες προγραμματισμού και εφεδρικής ενέργειας και χρησιμοποιούνται συνήθως για μεγαλύτερες εγκαταστάσεις.
Η κατανεμημένη παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας συνεπάγεται μικρής κλίμακας φωτοβολταϊκά συστήματα σε ή κοντά σε τοποθεσίες χρηστών για την κάλυψη συγκεκριμένων ενεργειακών αναγκών ή την ενίσχυση του υπάρχοντος δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Περιλαμβάνει εξαρτήματα όπως φωτοβολταϊκά πάνελ, βραχίονες, κουτιά διακλάδωσης DC, μετατροπείς συνδεδεμένους στο δίκτυο και ερμάρια διανομής εναλλασσόμενου ρεύματος. Λειτουργώντας υπό ηλιακή ακτινοβολία, αυτό το σύστημα μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε ισχύ συνεχούς ρεύματος και προσαρμόζει το ενεργειακό ισοζύγιο συνδέοντάς το στο δίκτυο.
