Ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրություն. ուսումնասիրելով խորքերը

Ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրությունը, օգտագործելով ֆոտոգալվանային էֆեկտը կիսահաղորդչային միջերեսներում, ուղղակիորեն օպտիկական էներգիան վերածում է էլեկտրական էներգիայի: Այս տեխնոլոգիան ներառում է երեք հիմնական բաղադրիչ՝ արևային մարտկոցներ (մոդուլներ), կարգավորիչներ և ինվերտորներ: Այս բաղադրիչները, որոնք հիմնականում կազմված են էլեկտրոնային տարրերից, միավորվում են ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրության ինտեգրված համակարգի մեջ:

Իր առանձնահատուկ առավելություններով արևային էներգիան հայտնվել է ուշադրության կենտրոնում: Արեգակնային առատ ճառագայթումը առաջացել է որպես կենսական էներգիայի աղբյուր՝ մարմնավորելով այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են անսահման հասանելիությունը, աղտոտվածությունից զերծ հատկանիշները, մատչելիությունը և անսահմանափակ հասանելիությունը: Ստորգետնյա արևային էներգիայի ներհոսքը կարող է հասնել ուշագրավ մակարդակի՝ վայրկյանում 800 ՄՎտժ: Արեգակնային էներգիայի գրավիչ ատրիբուտները 1980-ականներից ի վեր խթանել են նրա աճի հետագիծը:

Հիմնարար սկզբունքներ

Ֆոտովոլտային էներգիայի արտադրության հիմքում ընկած է կիսահաղորդիչների ներսում ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը: Ֆոտոնների ճառագայթման արդյունքում այս կիսահաղորդիչները կլանում են էներգիան և ազատում էլեկտրոնները: Երբ այս ազատագրված էներգիան հաղթահարում է ատոմի ներսում կապող ուժերը, այն ձևավորում է էլեկտրական հոսանք: Սիլիցիումը, իր չորս արտաքին էլեկտրոններով, վերածվում է N տիպի կիսահաղորդիչների՝ ֆոսֆորի նման տարրերից հինգ արտաքին էլեկտրոնների ներգրավմամբ: Ընդհակառակը, բորը տալիս է P տիպի կիսահաղորդիչներ։ P տիպի և N տիպի կիսահաղորդիչների միացումն առաջացնում է պոտենցիալ տարբերություն՝ ծնելով արևային մարտկոց: Երբ արևի լույսը հարվածում է PN հանգույցին, հոսանք հոսում է P տիպից դեպի N տիպի կողմ:

Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը, որը ֆիզիկայի առանցքային երևույթն է, դրսևորվում է, երբ որոշ նյութեր կլանում են էլեկտրամագնիսական ալիքների էներգիան որոշակի հաճախականությամբ՝ առաջացնելով հոսանք՝ օպտիկական էլեկտրականություն։

Բազմաբյուրեղային սիլիցիումի արտադրությունը ավարտվում է ձուլակտորներով, կտորներով և սիլիկոնային վաֆլիներով, որոնք այնուհետև մշակվում են: Սիլիցիումի վաֆլի վրա բորի և ֆոսֆորի հետքեր ներմուծելը ձևավորում է PN հանգույց: Հետագա մետաքսե ցանցի տպագրությունը, նուրբ համապատասխանող արծաթի մածուկի կիրառումը, սինթրումը, հետևի էլեկտրոդի կիրառումը և հակառեֆլեկտիվ ծածկույթի տեղադրումը ավարտում են արևային բջիջների հավաքումը: Այս բջիջները համակցված են մոդուլների մեջ, որոնք պատված են ալյումինե պատյանով, որը ծածկում է առջևի հատվածը և տեղադրված են հետևի էլեկտրոդներով: Օժանդակ սարքերի հետ զուգակցված՝ սա ստեղծում է էլեկտրաէներգիայի արտադրության ֆոտոգալվանային համակարգ: DC-ից AC փոխակերպման համար անհրաժեշտ է ինվերտոր, որը հնարավորություն է տալիս էլեկտրաէներգիայի ներարկումը հանրային ցանց կամ մարտկոցի պահեստում: Մարտկոցի բաղադրիչները սովորաբար կազմում են համակարգի ծախսերի 50%-ը, իսկ մնացածը ներառում է փոխարկիչներ, տեղադրման վճարներ, օժանդակ բաղադրիչներ և այլ ծախսեր:

Լավ և դեմ

Առավելությունները

Աշխարհում սահմանափակ սովորական էներգիայի ռեսուրսների ֆոնին արևային էներգիան հայտնվում է որպես փարոս: Չինաստանի սահմանափակ հանածո վառելիքի պաշարները գունատ են համաշխարհային միջին ցուցանիշների համեմատ՝ կազմելով ընդամենը 10%: Արևային էներգիան, որը համալրվող, անվտանգ, աղմուկից զերծ և աղտոտվածությունից զերծ ռեսուրս է, սահմանափակված չէ աշխարհագրական սահմանափակումներով: Դրա կիրառությունները ներառում են տանիքներ, բարդ տեղանքով շրջաններ և այլն: Արևային էներգիան բացառում է վառելիքի սպառման և տեղում էներգիայի արտադրության անհրաժեշտությունը՝ լավ համահունչ երկարաժամկետ էներգիայի ռազմավարություններին:

Համեմատած սովորական ջերմային էներգիայի արտադրության, ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրությունն ունի մի քանի արժանիքներ.

1: Ոչ մի բնորոշ վտանգ

2: Բացարձակապես անվտանգ և հուսալի, զուրկ աղմուկից և աղտոտումից

3: Անթափանցելի է աշխարհագրական սահմանափակումներից, հարմար է տարբեր վայրերի համար

4. Վառելիքից անկախ՝ վերացնելով տեղում էլեկտրաէներգիայի արտադրության անհրաժեշտությունը

5:Առաջարկում է բարձրորակ էներգիա

6: Զգացմունքային առումով ընդունված է օգտվողների կողմից

7: Արագ շինարարական ցիկլ և ծախսարդյունավետ էներգիայի արտադրություն

Թերություններ

Այնուամենայնիվ, արևային մարտկոցների արտադրությունը կարող է էներգատար լինել և վնասակար լինել շրջակա միջավայրի համար: Արևային վահանակների ներկայիս արտադրությունը, թեև ձեռնտու է աշխարհին, կարող է արտաքինից աղտոտել, մինչդեռ ներքին աղտոտումը: 1 մ x 1,5 մ արևային վահանակի ստեղծման համար անհրաժեշտ է ավելի քան 40 կգ ածուխ այրել, մինչդեռ ամենաարդյունավետ չինական ջերմաէլեկտրակայանները կարող են արտադրել 130 կՎտժ էլեկտրաէներգիա նույն քանակությամբ ածուխով: Ավելին, մարտահրավերները ներառում են.

1: Ցածր էներգիայի խտություն, որը պահանջում է հողի լայն օգտագործում

2. Փոփոխական էներգիայի արտադրություն՝ ելնելով օդերևութաբանական պայմաններից

3: Ավելի բարձր արտադրության արժեքը ջերմային էներգիայի համեմատ

4. Ֆոտովոլտային վահանակների էկոլոգիապես անբարենպաստ արտադրական գործընթացներ

Համակարգերի դասակարգում

Ինքնուրույն ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրություն

Ինքնուրույն ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրությունը, որը նաև հայտնի է որպես ցանցից դուրս ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրություն, բաղկացած է արևային վահանակներից, կարգավորիչներից և մարտկոցներից: AC հոսանք պահանջող դեպքերում ինվերտորը կարևոր է: Այն ծառայում է այնպիսի ծրագրերի, ինչպիսիք են գյուղերի էլեկտրամատակարարումը հեռավոր շրջաններում, արևային կենցաղային էլեկտրաէներգիայի համակարգերը, կապի ազդանշանային էներգիայի մատակարարումը, կաթոդային պաշտպանությունը և արևային փողոցների լուսավորությունը:

Ցանցին միացված ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրություն

Ցանցին միացված ֆոտոգալվանային էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը փոխակերպում է արևային մարտկոցներից DC էլեկտրաէներգիան AC էլեկտրաէներգիայի, որը համապատասխանում է քաղաքային էլեկտրացանցային ստանդարտներին ցանցին միացված ինվերտորների միջոցով: Այս դասակարգումը ներառում է մարտկոցների պահեստով և առանց մարտկոցների համակարգեր:

Ցանցին միացված մարտկոցներով համակարգերն առաջարկում են կարգավորելի հնարավորություններ և անհրաժեշտության դեպքում կարող են միանալ կամ անջատվել էլեկտրացանցից: Նրանք կարող են հանդես գալ որպես արտակարգ իրավիճակների պահուստավորում էլեկտրաէներգիայի անջատումների ժամանակ: Նման համակարգերը հաճախ տեղադրվում են բնակելի շենքերում: Մյուս կողմից, առանց մարտկոցների ցանցին միացված համակարգերը ապահովում են էներգիայի պլանավորման և պահուստավորման գործառույթներ և սովորաբար օգտագործվում են ավելի մեծ տեղակայման համար:

Բաշխված ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրություն

Բաշխված ֆոտոգալվանային էներգիայի արտադրությունը ենթադրում է փոքր մասշտաբի ֆոտոգալվանային համակարգեր օգտատերերի տեղամասերում կամ մոտակայքում՝ բավարարելու հատուկ էներգիայի կարիքները կամ ամրապնդելու առկա էլեկտրացանցը: Այն ներառում է այնպիսի բաղադրիչներ, ինչպիսիք են ֆոտոգալվանային վահանակները, փակագծերը, DC միացման տուփերը, ցանցին միացված ինվերտորները և հոսանքի հոսանքի բաշխիչ պահարանները: Աշխատելով արևային ճառագայթման տակ՝ այս համակարգը արևային էներգիան վերածում է մշտական ​​հոսանքի և կարգավորում է էներգիայի հաշվեկշիռը՝ միանալով ցանցին: