Quyosh fotovoltaiklariga umumiy nuqtai

Quyosh fotovoltaik energiya ishlab chiqarishga kirish

Quyosh fotovoltaik elektr energiyasini ishlab chiqarish - quyosh radiatsiya energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantirish uchun quyosh batareyasining (kristal diodga o'xshash yarimo'tkazgichli qurilma) fotovoltaik effektidan foydalanish orqali elektr energiyasini ishlab chiqarish usuli va quyosh fotovoltaik energiya ishlab chiqarishning energiya konvertori. fotovoltaik hujayra sifatida ham tanilgan quyosh xujayrasi. Quyosh nuri quyosh xujayrasiga (P va N tipdagi ikki xil turdagi bir hil yarimo'tkazgichli materiallardan tashkil topgan) tushganda yorug'likning bir qismi aks etadi, yorug'likning bir qismi so'riladi va yorug'likning bir qismi hujayradan o'tadi.So'rilgan yorug'lik energiyasi elektronning bog'langan yuqori energiya holatini rag'batlantirish, natijada elektron - teshik juftlari, o'rnatilgan elektr maydonining PN birikmasida, elektronlar, teshiklar va bir-birining harakati (1-1-rasmda ko'rsatilganidek), Teshikning N hududi P mintaqasiga, elektronning P mintaqasiga quyosh xujayrasi yorug'lik tomoni harakatining N mintaqasi shunday ko'p miqdordagi manfiy zaryadlar (elektronlar) to'plangan va ko'p sonli musbat batareyaning orqa yorug'lik tomonida to'plangan zaryadlar (teshiklar). Hujayraning ikkala uchiga yuk ulangan bo'lsa, oqim yuk orqali o'tadi va yorug'lik porlashda davom etsa, yuk orqali doimiy oqim o'tadi. Yagona quyosh xujayrasi yarimo'tkazgichli PN birikmasining ingichka bo'lagi, standart yorug'lik sharoitlari, nominal chiqish kuchlanishi 0.5 ~ 0.55 V. Yuqori chiqish kuchlanishi va katta quvvat olish uchun Imkoniyatlar, amaliy ilovalarda, 1-2-rasmda ko'rsatilganidek, ko'pincha batareyalar to'plamini yaratish uchun bir nechta quyosh batareyalarini yoki fotovoltaik massivni hosil qilish uchun bir nechta batareya paketlarini birlashtiradi. Quyosh xujayralarining chiqish quvvati tasodifiydir va bir xil quyosh batareyasining chiqish quvvati turli vaqtlarda, turli joylarda, turli yorug'lik intensivligida va turli xil o'rnatish usullarida farqlanadi.

1-1 Quyosh fotovoltaik xujayrasi energiya ishlab chiqarish printsipi

1-2 Hujayra va modullardan PV massivlarigacha

Quyosh PV ning afzalliklari

Quyosh fotovoltaik energiyasini ishlab chiqarish jarayoni oddiy, mexanik aylanadigan qismlar, yoqilg'i sarfi, issiqxona gazlari, shovqin va ifloslanish yo'q, hech qanday moddaning emissiyasi yo'q; quyosh energetika resurslari keng tarqalgan va bitmas-tuganmas. Shu sababli, shamol energiyasi va biomassa energiyasini ishlab chiqarish kabi yangi energiya ishlab chiqarish texnologiyalari bilan solishtirganda, fotovoltaik energiya ishlab chiqarish eng barqaror rivojlanish (eng boy resurslar va eng toza energiya ishlab chiqarish jarayoni) bilan tavsiflangan qayta tiklanadigan energiya ishlab chiqarish texnologiyasidir va uning asosiy afzalliklari: quyida bayon qilinganidek.

(1) Quyosh energiyasi resurslari tuganmas, yerga nurlanayotgan quyosh energiyasi hozirda odamlar tomonidan isteʼmol qilinadigan energiyadan qariyb 6000 marta koʻp va quyosh energiyasi yer yuzida keng tarqalgan. fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimi geografiya, balandlik va boshqa omillarni cheklamasdan foydalanish mumkin bo'lgan joyda engildir.

(2) Garchi er yuzasida turli o'lchamlar, iqlim sharoitlaridagi farqlar va boshqa omillar notekis quyosh nurlanishiga olib keladi, lekin quyosh energiyasi resurslari hamma joyda mavjud bo'lganligi sababli, energiya ishlab chiqarish, elektr ta'minoti va elektr energiyasini hal qilishga yaqin bo'lishi mumkin. uzoq masofalarga tashish kerak emas, uzoq masofali elektr uzatish liniyasiga sarmoya kiritmaslik va elektr energiyasini yo'qotish.

(3) Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish to'g'ridan-to'g'ri fotondan elektronga aylantiriladi, oraliq jarayon (mexanik energiyaga aylantirilgan issiqlik energiyasi, elektromagnit energiyaga aylantirilgan mexanik energiya va boshqalar kabi) va mexanik harakat yo'q, mexanik aşınma va yirtiq yo'q. . Termodinamik tahlilga ko'ra, fotovoltaik energiya ishlab chiqarish juda yuqori nazariy energiya ishlab chiqarish samaradorligi, 80 foizgacha yoki undan ko'p, texnologiyani rivojlantirish salohiyatiga ega.

(4) Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish o'zi yoqilg'idan foydalanmaydi, issiqxona gazlari va boshqa chiqindi moddalarning emissiyasi deyarli nolga teng, shovqin yaratmaydi va atrof-muhitga do'stona havo va suvni ifloslantirmaydi. Energiya inqirozi yoki yoqilg'i bozorining beqarorligi ta'siridan aziyat chekmaydi, quyosh energiyasi haqiqiy yashil qayta tiklanadigan energiya hisoblanadi.

(5) Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish jarayoni sovutish suvini talab qilmaydi va energiya ishlab chiqarish qurilmasi cho'lda va suv bo'lmagan Gobida o'rnatilishi mumkin. Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish, shuningdek, binolarning tomlari va devorlari bilan osongina birlashtirilib, tomga taqsimlangan yoki fotovoltaik binoning integratsiyalashgan energiya ishlab chiqarish tizimini yaratishi mumkin, bu esa erni alohida egallashga hojat yo'q va qimmatli er resurslarini tejash imkonini beradi.

(6) Fotovoltaik energiya ishlab chiqarishda mexanik uzatish qismlari yo'q, oddiy ishlatish va texnik xizmat ko'rsatish, barqaror va ishonchli ishlash. Quyosh bor ekan, fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimi to'plami, batareya komponentlari avtomatik boshqaruv texnologiyasidan keng foydalanish bilan birga elektr energiyasini ishlab chiqarishi mumkin, asosan qarovsiz, past texnik xarajatlarni amalga oshirishi mumkin.

(7) fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimining ishlashi barqaror va ishonchli, uzoq xizmat muddati (30 yildan ortiq), kristalli silikon quyosh batareyasining ishlash muddati 25 dan 35 yilgacha bo'lishi mumkin. Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimida, dizayn oqilona va tanlov mos bo'lsa, batareyaning ishlash muddati ham 10 dan 15 yilgacha bo'lishi mumkin.

(8) Quyosh batareyasi modulining tuzilishi oddiy, kichik o'lchamli va engil vaznga ega, bu transport va o'rnatish uchun qulay. Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimini qurish davri qisqa va quvvat yuk hajmiga ko'ra katta yoki kichik, qulay va moslashuvchan, birlashtirish juda oson, kengayish bo'lishi mumkin.

Bundan tashqari, so'nggi yillarda eng keng tarqalgan bo'lib, turli binolar va qishloq xo'jaligi ob'ektlarining tomlarini, shuningdek, oilaviy uylarning tomlarini ishlatish yo'li bilan qurilgan taqsimlangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimi bo'lib, yuqorida aytib o'tilgan afzalliklarga qo'shimcha ravishda, quyidagi ustunliklarga ham ega.

(1) Taqsimlangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish asosan er resurslarini egallamaydi va elektr uzatish liniyalarisiz yoki kamroq elektr uzatish liniyalari bilan yaqin atrofda energiya ishlab chiqarish va ta'minlash uchun ishlatilishi mumkin, bu esa uzatish xarajatlarini kamaytiradi. PV modullari an'anaviy devor va tom materiallarini ham to'g'ridan-to'g'ri almashtirishi mumkin.

(2) Taqsimlangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimi tarqatish tarmog'iga ulanganda energiya ishlab chiqarish va quvvatni birgalikda ishlatishdir. Elektr tarmog'ida elektr ta'minoti elektr energiyasini ishlab chiqarishning eng yuqori davrida bo'lib, u eng yuqori darajadagi tekislash rolini samarali o'ynashi, shahardagi qimmat energiya ta'minoti yukini kamaytirishi, ma'lum darajada mahalliy joylarda energiya iste'moli keskinligini engillashtirishi mumkin.

Quyosh PV ning kamchiliklari

(1) Kam energiya zichligi. Quyoshning yerga energiyasi juda katta bo'lsa-da, lekin er yuzasi ham juda katta bo'lgani uchun va er yuzasining katta qismi okean bilan qoplanganligi sababli, haqiqiy quyosh energiyasi quruqlik yuzasiga faqat erning diapazonigacha etib borishi mumkin. radiatsiya energiyasi 10 foiz yoki shunga o'xshash, natijada erning birlik maydoni quyosh energiyasiga to'g'ridan-to'g'ri kirishi mumkin, odatda quyosh nurlanishiga nisbatan kichik bo'lib, erning eng yuqori qiymati taxminan 1,2 kVt / m2 ni ifodalaydi va hududlarning katta qismi va quyoshli vaqtning katta qismi 1 kVt / m2 dan past. m2, va hududlarning katta qismi va quyoshli soatlarning aksariyati 1 kVt / m2 dan past. quyosh energiyasidan foydalanish aslida past zichlikdagi energiya yig'ish, foydalanishdir.

(2) Katta maydonni qamrab olish. Quyosh energiyasining zichligi past, bu fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimini katta maydonni qamrab oladi, har 10 kVt fotovoltaik energiya ishlab chiqarish quvvati taxminan 70 m2 maydonni egallaydi, kvadrat metrga o'rtacha energiya ishlab chiqarish quvvati taxminan 160 Vtni tashkil qiladi. Taqsimlangan fotovoltaik energiya ishlab chiqarishni rag'batlantirish va fotovoltaik binolarning integratsiyalashgan energiya ishlab chiqarish texnologiyasining etukligi va rivojlanishi bilan binolar va inshootlarning tomlari va jabhalarida tobora ko'proq fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimlari qo'llanilishi mumkin, bu esa fotovoltaik energiya ishlab chiqarishning kamchiliklarini asta-sekin yaxshilaydi. katta maydonga ega tizimlar.

(3) Pastroq konvertatsiya samaradorligi. Fotovoltaik energiya ishlab chiqarishning eng asosiy birligi quyosh batareyasi modulidir. Fotovoltaik energiya ishlab chiqarishning konversiya samaradorligi elektr energiyasiga aylantirilgan yorug'lik energiyasining nisbatini bildiradi. Hozirgi vaqtda kristalli kremniy fotovoltaik xujayralarning eng yuqori konversiya samaradorligi 21 foizga yaqin, batareya komponentlaridan ishlab chiqarilgan konvertatsiya samaradorligi 16 foizdan 17 foizgacha, amorf kremniy fotovoltaik modulni konvertatsiya qilish samaradorligi 13 foizdan oshadi. Fotoelektrik konversiya samaradorligi pastligi sababli, fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimining quvvat zichligi past, yuqori energiya ishlab chiqarish tizimini shakllantirish qiyin.

(4) Vaqti-vaqti bilan ishlash. Er yuzasida fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimi faqat kunduzi elektr energiyasini ishlab chiqarishi mumkin, lekin tunda emas, bu odamlarning elektr energiyasidan foydalanish usuli va odatlariga mos kelmaydi. Kosmosda kunduz va tun o'rtasida farq bo'lmasa, quyosh xujayralari doimiy ravishda elektr energiyasini ishlab chiqarishi mumkin.

(5) Tabiiy sharoit va iqlim omillari ta'sirida. Quyosh fotovoltaik elektr energiyasini ishlab chiqarish energiyasi to'g'ridan-to'g'ri quyosh nuri nurlanishidan kelib chiqadi va tabiiy sharoit va iqlim tufayli er yuzasiga quyosh nuri tushishi yil fasllariga, kun va tunning almashinishiga, geografik kenglik va balandlikning va boshqa tabiiy sharoitlarga katta ta'sir ko'rsatadi. sharoitlar, shuningdek, bulutli va tiniq, yomg'ir, qor, tuman yoki hatto bulut qoplamining o'zgarishi tizimning energiya ishlab chiqarish holatiga jiddiy ta'sir qiladi. Bundan tashqari, atrof-muhit omillarining ta'siri ham juda katta, ayniqsa havodagi zarralar (chang va boshqalar kabi) batareya modulining yuzasiga tushadi, bu yorug'lik nurlanishining bir qismini to'sib qo'yadi, shuning uchun batareyaning konvertatsiya qilish samaradorligi. modul kamayadi va quvvat ishlab chiqarish kamayadi.

(6) Kuchli geografik qaramlik. Turli xil geografik joylashuvlar, shuning uchun turli mintaqalarda quyosh nurlari manbalari juda farq qiladi. Fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimi faqat quyosh energiyasi manbalariga boy hududlarni qo'llashda yaxshi, investitsiyalarning yuqori rentabelligi.

(7) Tizim narxi yuqori. Quyosh fotoelektr energiyasini ishlab chiqarish samaradorligi nisbatan past va hozirgacha fotovoltaik energiya ishlab chiqarishning narxi boshqa an'anaviy energiya ishlab chiqarish usullaridan (issiqlik va gidroenergetika kabi) yuqori. Bu ham uning keng qo'llanilishini cheklovchi asosiy omillardan biridir. Biroq, quyosh xujayrasi quvvatining uzluksiz kengayishi va hujayra chiplarining quyosh batareyasi samaradorligining doimiy ravishda yaxshilanishi bilan fotovoltaik energiya ishlab chiqarish tizimining narxi juda tez tushib ketganini va quyosh batareyasi modullarining narxi ko'proq pasayganini ko'rishimiz kerak. so'nggi bir necha yil ichida vatt uchun 10 yuandan hozirgi kunda taxminan 2,5 yuan / Vt.

(8) Kristalli silikon batareyalarni ishlab chiqarish jarayoni ifloslanish va energiya iste'molida yuqori. Kristalli silikon batareyalar uchun asosiy xom ashyo toza kremniydir. Silikon Yerda kisloroddan keyin ikkinchi eng ko'p tarqalgan element bo'lib, asosan qum (kremniy) shaklida mavjud. Qumdan 99,9999 foizdan ortiq tarkibga ega bo'lgan sof kristalli kremniyga bosqichma-bosqich o'tish ko'plab kimyoviy va fizik jarayonlarni talab qiladi, bu nafaqat katta miqdorda energiya sarflaydi, balki atrof-muhitning ma'lum ifloslanishini ham keltirib chiqaradi.

Quyosh fotoelektr energiyasini ishlab chiqarishning yuqorida aytib o'tilgan kamchiliklari va kamchiliklariga qaramay, global qazilma energiyasining asta-sekin kamayib borishi va qazilma energiyani haddan tashqari iste'mol qilish natijasida yuzaga kelgan global isish va ekologik muhitning buzilishi insoniyatning omon qolishiga katta xavf tug'diradi. Shu bois qayta tiklanuvchi energiya manbalarini jadal rivojlantirish ushbu muammoni hal etishning asosiy chora-tadbirlaridan biridir.