Descripción general de la energía solar fotovoltaica

Introducción a la generación de energía solar fotovoltaica

La generación de energía solar fotovoltaica es una forma de generar electricidad utilizando el efecto fotovoltaico de una celda solar (un dispositivo semiconductor similar a un diodo de cristal) para convertir directamente la energía radiante del sol en energía eléctrica, y el convertidor de energía de la generación de energía solar fotovoltaica es la celda solar, también conocida como celda fotovoltaica. Cuando la luz del sol incide en la celda solar (compuesta por dos tipos diferentes de materiales semiconductores homogéneos de tipo P y N), parte de la luz se refleja, parte de la luz se absorbe y parte de la luz pasa a través de la celda. Energía luminosa absorbida para estimular el estado unido de alta energía del electrón, lo que resulta en pares de electrones y huecos, en la unión PN del campo eléctrico incorporado, electrones, huecos y el movimiento de cada uno (como se muestra en la Figura 1-1), el La región N del agujero a la región P, la región P del electrón a la región N del movimiento del lado claro de la celda solar para que se acumule una gran cantidad de cargas negativas (electrones) y una gran cantidad de positivo Cargas (agujeros) acumuladas en el lado de la luz trasera de la batería. Si se conecta una carga a ambos extremos de la celda, pasará una corriente a través de la carga, y cuando la luz siga brillando, una corriente constante fluirá a través de la carga. Una sola celda solar es una rebanada delgada de unión PN de semiconductores, condiciones de luz estándar, el voltaje de salida nominal de 0.5 ~ 0.55 V. Para obtener un voltaje de salida más alto y mayor potencia capacidad, en aplicaciones prácticas, a menudo se conectan varias celdas solares para formar un paquete de baterías, o más paquetes de baterías para formar un conjunto fotovoltaico, como se muestra en la Figura 1-2. La potencia de salida de las celdas solares es aleatoria, y la potencia de salida de la misma celda solar es diferente en diferentes momentos, en diferentes ubicaciones, con diferentes intensidades de luz y en diferentes métodos de instalación.

1-1 Principio de generación de energía de células fotovoltaicas solares

1-2 De celdas y módulos a matrices fotovoltaicas

Beneficios de la energía solar fotovoltaica

El proceso de generación de energía solar fotovoltaica es simple, sin partes mecánicas giratorias, sin consumo de combustible, sin emisión de ninguna sustancia, incluidos los gases de efecto invernadero, sin ruido y sin contaminación; Los recursos de energía solar están ampliamente distribuidos y son inagotables. Por lo tanto, en comparación con las nuevas tecnologías de generación de energía como la energía eólica y la generación de energía con biomasa, la generación de energía fotovoltaica es una tecnología de generación de energía renovable caracterizada por el desarrollo más sostenible (los recursos más ricos y el proceso de generación de energía más limpio), y sus principales ventajas son como sigue.

(1) Los recursos de energía solar son inagotables, la energía solar irradiada a la tierra es casi 6,000 veces mayor que la energía consumida actualmente por los seres humanos, y la energía solar está ampliamente distribuida en la tierra, siempre que haya es la luz en el lugar donde se puede utilizar el sistema de generación de energía fotovoltaica sin la restricción de la geografía, la altitud y otros factores.

(2) Aunque en la superficie de la tierra, las diferentes dimensiones, las diferencias en las condiciones climáticas y otros factores causarán una radiación solar desigual, pero debido a que los recursos de energía solar están disponibles en todas partes, pueden estar cerca de la solución de generación de energía, suministro de energía y electricidad. no tiene que ser transportado a largas distancias, para evitar la inversión en líneas de transmisión de larga distancia y la pérdida de energía eléctrica.

(3) La generación de energía fotovoltaica es directamente de la conversión de fotones a electrones, no hay proceso intermedio (como energía térmica convertida en energía mecánica, energía mecánica convertida en energía electromagnética, etc.) y movimiento mecánico, no hay desgaste mecánico. . Según el análisis termodinámico, la generación de energía fotovoltaica tiene una eficiencia de generación de energía teórica muy alta, hasta un 80 por ciento o más, potencial de desarrollo tecnológico.

(4) La generación de energía fotovoltaica en sí no utiliza combustible, la emisión de gases de efecto invernadero y otras sustancias de escape es casi nula, no produce ruido y no contamina el aire ni el agua, es amigable con el medio ambiente. No sufrirá la crisis energética o el impacto de la inestabilidad del mercado de combustibles, la energía solar es una verdadera energía renovable verde.

(5) El proceso de generación de energía fotovoltaica no requiere agua de enfriamiento, y el dispositivo de generación de energía se puede instalar en el desierto y el Gobi donde no hay agua. La generación de energía fotovoltaica también se puede combinar fácilmente con los techos y las paredes de los edificios para formar un sistema de generación de energía integrado de edificios fotovoltaicos o distribuidos en el techo, que no necesita ocupar la tierra por separado y puede ahorrar valiosos recursos de la tierra.

(6) La generación de energía fotovoltaica no tiene partes de transmisión mecánica, operación y mantenimiento simples y operación estable y confiable. Un conjunto de sistema de generación de energía fotovoltaica siempre que haya sol, los componentes de la batería pueden generar electricidad, junto con el uso extensivo de la tecnología de control automático, básicamente puede realizar costos de mantenimiento bajos y desatendidos.

(7) el rendimiento del sistema de generación de energía fotovoltaica es estable y confiable, larga vida útil (más de 30 años), la vida útil de las células solares de silicio cristalino puede ser de 25 a 35 años. En el sistema de generación de energía fotovoltaica, siempre que el diseño sea razonable y la selección adecuada, la vida útil de la batería también puede ser de 10 a 15 años.

(8) La estructura del módulo de celdas solares es simple, de tamaño pequeño y liviano, lo cual es fácil de transportar e instalar. El ciclo de construcción del sistema de generación de energía fotovoltaica es corto y, de acuerdo con la capacidad de carga de energía, puede ser grande o pequeño, conveniente y flexible, muy fácil de combinar, expansión.

Además, el más utilizado en los últimos años es el sistema de generación de energía fotovoltaica distribuida construido aprovechando las cubiertas de varios edificios e instalaciones agrícolas, así como las cubiertas de casas unifamiliares, que, además de las mismas ventajas que las mencionadas anteriormente, también tiene las siguientes superioridades.

(1) La generación de energía fotovoltaica distribuida básicamente no ocupa recursos de la tierra y puede utilizarse para generar y suministrar energía en las inmediaciones, sin o con menos líneas de transmisión, lo que reduce los costos de transmisión. Los módulos fotovoltaicos también pueden reemplazar directamente los materiales tradicionales de paredes y techos.

(2) El sistema de generación de energía fotovoltaica distribuida es generación de energía y coexistencia de energía cuando se conecta a la red de distribución. En la red, el suministro de energía se encuentra en el período pico de generación de energía, puede desempeñar efectivamente el papel de nivelación máxima, reducir la costosa carga máxima del suministro de energía en la ciudad y, en cierta medida, puede aliviar la tensión del consumo de energía en las áreas locales.

Desventajas de la energía solar fotovoltaica

(1) Baja densidad de energía. Aunque la energía del sol para la tierra es extremadamente grande, pero debido a que el área de la superficie de la tierra también es muy grande y la mayor parte de la superficie de la tierra está cubierta por el océano, la energía solar real puede alcanzar la superficie de la tierra solo para alcanzar el rango de la tierra de energía radiante del 10 por ciento más o menos, lo que resulta en una unidad de área de la tierra puede tener acceso directo a la energía del sol es relativamente pequeña, generalmente a la irradiación del sol para expresar la superficie del valor más alto de la tierra de aproximadamente 1.2kWh / m2, y la gran mayoría de zonas y la mayor parte del tiempo de insolación es inferior a 1kWh/m2. m2, y la gran mayoría de zonas y la mayor parte de las horas de sol son inferiores a 1kWh/m2. La utilización de la energía solar es en realidad una recolección de energía de baja densidad, la utilización.

(2) Cubrir un área grande. La densidad de energía solar es baja, lo que hace que el sistema de generación de energía fotovoltaica cubra un área grande, cada 10kW de energía fotovoltaica cubre un área de aproximadamente 70m2, la potencia de generación de energía promedio por metro cuadrado es de aproximadamente 160W. Con la promoción de la generación de energía fotovoltaica distribuida y la madurez y el desarrollo de la tecnología de generación de energía integrada de edificios fotovoltaicos, se pueden utilizar cada vez más sistemas de generación de energía fotovoltaica en los techos y fachadas de edificios y estructuras, lo que mejora gradualmente las deficiencias de la generación de energía fotovoltaica. sistemas con una gran superficie de suelo.

(3) Menor eficiencia de conversión. La unidad más básica de generación de energía fotovoltaica es el módulo de células solares. La eficiencia de conversión de la generación de energía fotovoltaica se refiere a la proporción de energía luminosa convertida en electricidad. En la actualidad, la eficiencia de conversión más alta de las células fotovoltaicas de silicio cristalino es del 21 por ciento aproximadamente, hecha de componentes de la batería con una eficiencia de conversión del 16 al 17 por ciento, la eficiencia de conversión del módulo fotovoltaico de silicio amorfo es de hasta más del 13 por ciento. Debido a la baja eficiencia de conversión fotoeléctrica, la densidad de potencia del sistema de generación de energía fotovoltaica es baja, es difícil formar un sistema de generación de alta potencia.

(4) Trabajo intermitente. En la superficie de la tierra, el sistema de generación de energía fotovoltaica solo puede generar electricidad durante el día, pero no durante la noche, lo cual es inconsistente con la forma y los hábitos de uso de la electricidad de las personas. A menos que no haya diferencia entre el día y la noche en el espacio, las células solares pueden generar electricidad continuamente.

(5) Influenciado por condiciones naturales y factores climáticos. La energía de generación de energía solar fotovoltaica proviene directamente de la irradiación de la luz solar, y la irradiación de la luz solar en la superficie de la tierra por las condiciones naturales y el clima tiene un gran impacto en las estaciones del año, la alternancia del día y la noche, la latitud geográfica y la altitud y otras condiciones naturales. condiciones, así como nublado y despejado, lluvia, nieve, niebla o incluso cambios en la cubierta de nubes tendrán un impacto grave en el estado de generación de energía del sistema. Además, el impacto de los factores ambientales también es muy grande, especialmente las partículas suspendidas en el aire (como el polvo, etc.) que caen sobre la superficie del módulo de la batería, lo que bloqueará parte de la irradiación de luz, de modo que la eficiencia de conversión de la batería se reduce el módulo y se reduce la generación de energía.

(6) Fuerte dependencia geográfica. Diferentes ubicaciones geográficas, por lo que los recursos de luz solar en varias regiones varían mucho. El sistema de generación de energía fotovoltaica solo en la aplicación de áreas ricas en recursos de energía solar es un buen retorno de la inversión.

(7) El costo del sistema es alto. La eficiencia de la generación de energía solar fotovoltaica es relativamente baja y, hasta el momento, el costo de la generación de energía fotovoltaica sigue siendo más alto que otros métodos de generación de energía convencionales (como la energía térmica e hidroeléctrica). Este es también uno de los principales factores que restringen su aplicación generalizada. Sin embargo, deberíamos ver que con la expansión continua de la capacidad de las celdas solares y la mejora continua de la eficiencia de las celdas solares de los chips de celdas, el costo del sistema de generación de energía fotovoltaica se ha reducido muy rápidamente y el precio de los módulos de celdas solares se ha reducido de más de 10 yuanes por vatio en los últimos años a alrededor de 2,5 yuanes/W en la actualidad.

(8) El proceso de fabricación de baterías de silicio cristalino tiene un alto nivel de contaminación y consumo de energía. La materia prima principal para las baterías de silicio cristalino es el silicio puro. El silicio es el segundo elemento más abundante en la Tierra después del oxígeno, presente principalmente en forma de arena (sílice). La transformación paulatina de arena a silicio cristalino puro con un contenido superior al 99,9999 por ciento requiere múltiples procesos químicos y físicos, que no solo consumen una gran cantidad de energía sino que también provocan cierta contaminación ambiental.

A pesar de las deficiencias y desventajas antes mencionadas de la generación de energía solar fotovoltaica, el agotamiento gradual de la energía fósil global y el calentamiento global y la degradación del medio ambiente ecológico causados ​​por el consumo excesivo de energía fósil representan una gran amenaza para la supervivencia humana. Por lo tanto, desarrollar vigorosamente las energías renovables es una de las principales medidas para solucionar este problema.