Sản xuất năng lượng quang điện: Khám phá độ sâu

Sản xuất năng lượng quang điện, tận dụng hiệu ứng quang điện ở các giao diện bán dẫn, chuyển đổi trực tiếp năng lượng quang thành năng lượng điện. Công nghệ này bao gồm ba thành phần thiết yếu: tấm pin mặt trời (mô-đun), bộ điều khiển và bộ biến tần. Các thành phần này, chủ yếu bao gồm các phần tử điện tử, kết hợp lại thành một hệ thống phát điện quang điện tích hợp.

Với những ưu điểm vượt trội, năng lượng mặt trời đã chiếm được sự chú ý. Bức xạ mặt trời dồi dào đã nổi lên như một nguồn năng lượng quan trọng, thể hiện những đặc điểm như tính sẵn có vô tận, đặc tính không gây ô nhiễm, khả năng chi trả và khả năng tiếp cận không hạn chế. Dòng năng lượng mặt trời trên mặt đất có thể đạt mức đáng chú ý là 800 MWhm mỗi giây. Các thuộc tính hấp dẫn của năng lượng mặt trời đã thúc đẩy quỹ đạo tăng trưởng của nó kể từ những năm 1980.

Nguyên tắc cơ bản

Cốt lõi của việc sản xuất năng lượng quang điện nằm ở hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn. Khi được chiếu xạ bởi các photon, các chất bán dẫn này sẽ hấp thụ năng lượng và giải phóng các electron. Khi năng lượng được giải phóng này thắng được lực liên kết bên trong nguyên tử, nó sẽ tạo thành dòng điện. Silicon, với bốn electron bên ngoài, biến đổi thành chất bán dẫn loại N khi kết hợp năm electron bên ngoài từ các nguyên tố như phốt pho. Ngược lại, boron tạo ra chất bán dẫn loại P. Sự kết hợp của chất bán dẫn loại P và loại N tạo ra sự khác biệt tiềm năng, cho ra đời pin mặt trời. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào điểm nối PN, một dòng điện chạy từ phía loại P sang phía loại N.

Hiệu ứng quang điện, một hiện tượng quan trọng trong vật lý, biểu hiện khi một số chất hấp thụ năng lượng từ sóng điện từ trên một tần số cụ thể, tạo ra dòng điện quang học.

Việc sản xuất silicon đa tinh thể đạt đến đỉnh cao ở dạng thỏi, lát và tấm silicon, sau đó được xử lý. Đưa một lượng nhỏ boron và phốt pho lên tấm bán dẫn silicon tạo thành điểm nối PN. Tiếp theo là in lưới lụa, bôi keo bạc phù hợp, thiêu kết, ứng dụng điện cực phía sau và lắng đọng lớp phủ chống phản chiếu để hoàn thành việc lắp ráp pin mặt trời. Các tế bào này được kết hợp thành các mô-đun, được bọc trong vỏ nhôm với kính bao phủ phía trước và được gắn các điện cực phía sau. Cùng với các thiết bị phụ trợ, hệ thống này tạo thành một hệ thống phát điện quang điện. Việc chuyển đổi DC sang AC cần có bộ biến tần, cho phép cấp nguồn vào lưới điện công cộng hoặc bộ lưu trữ pin. Các bộ phận của pin thường chiếm 50% chi phí hệ thống, phần còn lại bao gồm bộ chuyển đổi, phí lắp đặt, bộ phận phụ trợ và các chi phí khác.

Ưu và nhược điểm

Thuận lợi

Trong bối cảnh nguồn năng lượng thông thường hạn chế trên toàn thế giới, năng lượng mặt trời nổi lên như một ngọn hải đăng. Dự trữ nhiên liệu hóa thạch hữu hạn của Trung Quốc nhạt so với mức trung bình toàn cầu, chỉ ở mức 10%. Năng lượng mặt trời, nguồn tài nguyên có thể tái tạo, an toàn, không gây tiếng ồn và không gây ô nhiễm, không bị giới hạn bởi các hạn chế về mặt địa lý. Các ứng dụng của nó trải rộng trên các mái nhà, các khu vực có địa hình phức tạp, v.v. Năng lượng mặt trời loại bỏ nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu và sản xuất điện tại chỗ, phù hợp với các chiến lược năng lượng dài hạn.

So với việc sản xuất nhiệt điện thông thường, sản xuất điện quang điện có một số ưu điểm:

1：Không có mối nguy hiểm cố hữu

2: Hoàn toàn an toàn và đáng tin cậy, không có tiếng ồn và ô nhiễm

3:Không bị hạn chế về mặt địa lý, phù hợp với nhiều địa điểm khác nhau

4：Không phụ thuộc vào nhiên liệu, loại bỏ nhu cầu phát điện tại chỗ

5:Cung cấp năng lượng chất lượng cao

6：Được người dùng chấp nhận về mặt cảm xúc

7：Chu kỳ xây dựng nhanh chóng và sản xuất năng lượng tiết kiệm chi phí

Hạn chế

Tuy nhiên, việc sản xuất các tấm pin mặt trời có thể tiêu tốn nhiều năng lượng và gây bất lợi cho môi trường. Việc sản xuất tấm pin mặt trời hiện nay tuy mang lại lợi ích cho thế giới nhưng có thể gây ô nhiễm ra bên ngoài đồng thời gây ô nhiễm trong nước. Việc chế tạo một tấm pin mặt trời có kích thước 1m x 1,5m cần phải đốt hơn 40 kg than, trong khi các nhà máy nhiệt điện hiệu quả nhất của Trung Quốc có thể tạo ra 130 kWh điện với cùng một lượng than. Hơn nữa, những thách thức bao gồm:

1:Mật độ năng lượng thấp đòi hỏi phải sử dụng đất rộng rãi

2:Sản xuất năng lượng thay đổi dựa trên điều kiện khí tượng

3:Chi phí phát điện cao hơn so với nhiệt điện

4: Quy trình sản xuất tấm quang điện không thân thiện với môi trường

Phân loại hệ thống

Phát điện quang điện độc lập

Phát điện quang điện độc lập, còn được gọi là phát điện quang điện ngoài lưới, bao gồm các tấm pin mặt trời, bộ điều khiển và pin. Trong trường hợp cần nguồn điện xoay chiều, biến tần là điều cần thiết. Nó phục vụ các ứng dụng như cung cấp điện cho làng ở vùng sâu vùng xa, hệ thống điện năng lượng mặt trời gia đình, cung cấp năng lượng tín hiệu liên lạc, bảo vệ cực âm và chiếu sáng đường phố bằng năng lượng mặt trời.

Phát điện quang điện nối lưới

Sản xuất điện quang điện nối lưới biến đổi điện DC từ các tấm pin mặt trời thành điện xoay chiều đáp ứng các tiêu chuẩn lưới điện thành phố thông qua bộ biến tần nối lưới. Phân loại này bao gồm các hệ thống có và không có bộ lưu trữ pin.

Hệ thống kết nối lưới với pin cung cấp các tính năng có thể điều chỉnh và có thể kết nối hoặc ngắt kết nối khỏi lưới điện khi cần thiết. Chúng có thể hoạt động như một bản sao lưu khẩn cấp khi mất điện. Những hệ thống như vậy thường được lắp đặt trong các tòa nhà dân cư. Mặt khác, các hệ thống nối lưới không có pin cung cấp chức năng lập kế hoạch cấp điện và dự phòng và thường được sử dụng cho các hệ thống lắp đặt lớn hơn.

Phát điện quang điện phân tán

Việc sản xuất điện quang điện phân tán đòi hỏi các hệ thống quang điện quy mô nhỏ tại hoặc gần các địa điểm của người dùng để đáp ứng nhu cầu năng lượng cụ thể hoặc củng cố lưới điện hiện có. Nó bao gồm các thành phần như tấm quang điện, giá đỡ, hộp nối DC, bộ biến tần nối lưới và tủ phân phối điện AC. Hoạt động dưới bức xạ mặt trời, hệ thống này chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nguồn điện một chiều và điều chỉnh cân bằng năng lượng bằng cách kết nối với lưới điện.