Kognitiver Klassenraum Photovoltaik

Grundkenntnisse in der Photovoltaik

Was ist Photovoltaik-Stromerzeugung? Was ist dezentrale Photovoltaik-Stromerzeugung?

Photovoltaische Stromerzeugung bezieht sich auf das Verfahren zur Stromerzeugung durch direkte Umwandlung von Sonnenstrahlung in Strom. Photovoltaik-Stromerzeugung ist der Mainstream der Solarstromerzeugung heute, so was die Menschen oft als Solarstromerzeugung bezeichnen, ist Photovoltaik-Stromerzeugung.

Verteilte Stromerzeugung bezieht sich auf den Bau von Photovoltaik-Stromerzeugungsanlagen in der Nähe von Nutzerstandorten, wobei die nutzerseitige Eigennutzung als Hauptbetriebsart, überschüssiger Strom an das Netz angeschlossen ist, aber durch ausgewogene Anpassung im Verteilungssystem gekennzeichnet ist. Die dezentrale Stromerzeugung folgt den Prinzipien der Anpassung an lokale Bedingungen, saubere und effiziente, dezentrale Anordnung und nahe gelegene Nutzung, wobei lokale Solarressourcen vollständig genutzt werden, um den fossilen Energieverbrauch zu ersetzen und zu reduzieren.

Kennen Sie den historischen Ursprung der Photovoltaik-Stromerzeugung?

In 1839, im Alter von 19.Jahren in Frankreich, führte Becquerel ein physikalisches Experiment durch und entdeckte, dass der Strom von zwei Metallelektroden in einer leitfähigen Flüssigkeit steigen würde, wenn sie mit Licht beleuchtet würden, und entdeckte so den "Photovoltaik-Effekt". In den 1930er Jahren schlug Lange erstmals vor, den "Photovoltaik-Effekt" zur Herstellung von Solarzellen zu nutzen, um Solarenergie in elektrische Energie umzuwandeln.

In 1932 stellten Audubot und Stora die erste Cadmiumsulfid-Solarzelle her.

Im 1941 entdeckte Odu den photovoltaischen Effekt auf Silizium.

Im Mai 1954 entwickelten Chapin, Fuller und Pearson von Bell Laboratories in den USA eine monokristalline Siliziumsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von 6%, die weltweit erste praktische Solarzelle. Im selben Jahr entdeckte Wick zum ersten Mal, dass Nickelarsenid eine photovoltaische Wirkung hatte, und legte Nickelsulfid dünne Schichten auf Glas ab, um Solarzellen herzustellen. Daraus entstand und entwickelte sich die praktische Photovoltaik-Stromerzeugungstechnologie, Sonnenlicht in Strom umzuwandeln.

3. Wie erzeugen Photovoltaikzellen Strom?

Photovoltaikzellen sind Halbleiterbauelemente mit photovoltaischen und elektrischen Umwandlungseigenschaften, die Solarstrahlungsenergie direkt in Gleichstrom umwandeln. Sie sind die grundlegendste Einheit der Photovoltaik-Stromerzeugung. Die einzigartigen elektrischen Eigenschaften von Photovoltaikzellen sind die Einbeziehung bestimmter Elemente (wie Phosphor oder Bor) in kristallines Silizium, das dauerhafte Ungleichgewicht in den molekularen Ladungen des Materials verursacht, Halbleitermaterialien mit speziellen elektrischen Eigenschaften bildet. Unter Sonnenlicht können Halbleiter mit speziellen elektrischen Eigenschaften freie Ladungen erzeugen. die sich gezielt bewegen und akkumulieren, was zur Erzeugung elektrischer Energie führt, wenn beide Enden geschlossen sind. Dieses Phänomen wird als "Photovoltaik-Effekt" oder einfach als Photovoltaik-Effekt bezeichnet.

Was sind die Komponenten einer Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage?

Die Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage besteht aus Photovoltaik-Arrays (Photovoltaik-Arrays bestehen aus Photovoltaik-Modulen in Reihe und parallel), Reglern, Batteriepacks, DC/AC-Wechselrichtern und anderen Teilen. Kernkomponente der Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage sind die Photovoltaik-Module, die ebenfalls aus Photovoltaik-Zellen in Reihe, parallel und versiegelt bestehen. Sie wandeln die Solarenergie direkt in Strom um, und der von den Photovoltaikmodulen erzeugte Strom ist Gleichstrom. Wir können Wechselrichter verwenden, um ihn in Wechselstrom für die Nutzung umzuwandeln. Aus einer anderen Perspektive kann der von Photovoltaikanlagen erzeugte Strom sofort erzeugt und genutzt werden, oder Energiespeicher wie Batterien können verwendet werden, um die Energie zu speichern und bei Bedarf zur Nutzung freizugeben.

5. Was ist ein Vertriebsnetz?

Welches Verhältnis besteht zwischen Verteilungsnetz und dezentraler Photovoltaik-Stromerzeugung? Das Verteilnetz ist ein Stromnetz, das Strom aus dem Übertragungsnetz oder regionalen Kraftwerken empfängt und vor Ort oder schrittweise spannungsgerecht über Verteilanlagen an verschiedene Nutzer verteilt. Es besteht aus Freileitungen, Kabeln, Türmen, Verteilungstransformatoren, Trennschaltern, Blindleistungskompensatoren, Messgeräten und einigen Nebeneinrichtungen. Im Allgemeinen nimmt es ein geschlossenes Kreislaufdesign an und arbeitet in einer Schleife, mit einer radialen Struktur. Die Integration verteilter Stromquellen in das Verteilernetz führt zur Koexistenz von Stromerzeugung und -verbrauch im Verteilernetz. Die Verteilnetzstruktur hat sich von einer radialen Struktur zu einer Multi-Source-Struktur geändert, und die Größe, Richtung und Verteilungseigenschaften des Kurzschlussstroms haben sich alle geändert.

Warum gilt Photovoltaik als grüne und kohlenstoffarme Energiequelle?

Photovoltaik-Stromerzeugung hat erhebliche Energie-, Umwelt- und wirtschaftliche Vorteile und ist eine der hochwertigsten grünen Energiequellen. Die Installation einer 1-kW-Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage unter durchschnittlichen Sonnenlichtverhältnissen in China kann 1200 kWh Strom pro Jahr erzeugen, den Kohleverbrauch (Standardkohle) um etwa 400 Kilogramm reduzieren und die Kohlendioxidemissionen um etwa eine Tonne reduzieren. Laut Forschungen des World Wildlife Fund (WWF) ist die Installation einer 1-Quadratmeter-Photovoltaik-Stromerzeugungsanlage gleichbedeutend mit der Bepflanzung von 100-Quadratmeter-Bäumen und Wäldern. Derzeit ist die Entwicklung erneuerbarer Energien wie Photovoltaik-Stromerzeugung eines der effektiven Mittel, Umweltprobleme wie Dunst und saurer Regen grundlegend zu lösen.

7. Wie sieht man die Nachricht, dass es Berichte gibt, dass "eine große Menge an Energie bei der Herstellung von Photovoltaik-Zellmodulen verbraucht wird"?

Photovoltaik-Zellen verbrauchen während ihres Produktionsprozesses eine bestimmte Menge an Energie, insbesondere in den drei Stufen der industriellen Siliziumreinigung, der hochreinen polykristallinen Siliziumproduktion und der monokristallinen Siliziumstab/polykristallinen Silizium-Ingot-Produktion, die einen hohen Energieverbrauch erfordern. Photovoltaikzellen können jedoch während ihrer 20-jährigen Lebensdauer kontinuierlich Energie erzeugen. Berechnungen zufolge übersteigt unter den durchschnittlichen Sonnenbedingungen in China die Energierückgabe von Photovoltaik-Stromerzeugungsanlagen über ihre gesamte Lebensdauer ihren Energieverbrauch um mehr als das 15-fache. Die Energierückgewinnungszeit der 1-kW-Photovoltaikanlage auf dem Dach, die im optimalen Neigungswinkel in Peking installiert ist, beträgt 1,5-2 Jahre, was viel niedriger ist als die Lebensdauer der Photovoltaikanlage. Das heißt, der von der Photovoltaikanlage in den ersten 1,5-2 Jahren erzeugte Strom wird verwendet, um den Energieverbrauch in ihrer Produktion und anderen Prozessen zu kompensieren, während die Energie, die nach 1,5-2 Jahren erzeugt wird, reine Leistung ist. Daher sollte der Energieverbrauch von Photovoltaik-Zellen aus einer vollständigen Lebenszyklusperspektive bewertet werden.

8. Wie kann man die Nachrichten sehen, dass es Berichte gibt, dass die Produktion von Photovoltaik-Zellmodulen eine große Menge an Verschmutzung erzeugen wird?

Die Produktion von Photovoltaik-Zellmodulen umfasst mehrere Glieder der Industriekette, darunter polykristallines Silizium, Silizium-Ingot-Silizium-Wafer, Photovoltaik-Zellpakete und Photovoltaik-Module. Die damit verbundenen Schadstoffberichte beziehen sich hauptsächlich auf die Rohstoffe von Photovoltaikmodulen und die Nebenprodukte, die bei der Herstellung von hochreinem polykristallinem Silizium entstehen. Die Herstellung von hochreinem polykristallinem Silizium verwendet hauptsächlich das verbesserte Siemens-Verfahren, das metallurgisches Silizium in Trichlorosilan umwandelt und es dann durch Zugabe von Wasserstoffgas zu polykristallinem Silizium in Solarqualität reduziert. Wenn Siliziumtetrachlorid mit feuchter Luft in Kontakt kommt, zersetzt es sich in Kieselsäure und Chlorwasserstoff. Eine unsachgemäße Behandlung kann zu Verschmutzungsproblemen führen. Die verbesserte Siemens-Methode, die derzeit von Polysilicium-Produktionsunternehmen in China verwendet wird, kann jedoch eine geschlossene Produktion erreichen, indem das Nebenprodukt Siliciumtetrachlorid und Endgas recycelt wird und eine saubere Produktion erreicht wird. Im Dezember 2010 veröffentlichte das Land die "Zugangsbedingungen für die polykristalline Siliziumindustrie", die besagten, dass die Rückgewinnungs- und Verwertungsraten von Siliziumtetrachlorid und Chlorgas im reduzierten Abgas nicht kleiner als 98,5% und 99% sein sollten. Daher erfüllt die ausgereifte und verbesserte Siemens-Produktionstechnologie vollständig die Umweltschutzanforderungen und verursacht keine Umweltverschmutzungsprobleme.

Wie viel Sonnenlicht haben wir zur Verfügung?

Kann es die dominante Energiequelle für die Zukunft werden? Die auf der Erdoberfläche empfangene Sonnenstrahlung kann das 10000fache des globalen Energiebedarfs decken, und die durchschnittliche jährliche Strahlung, die pro Quadratmeter auf der Erdoberfläche empfangen wird, variiert je nach Region, von etwa 1000-2000KWH. Laut Daten der Internationalen Energieagentur reicht die Installation von Photovoltaikanlagen in 4% der Wüsten der Welt aus, um den weltweiten Energiebedarf zu decken. Solare Photovoltaik verfügt über einen großen Entwicklungsraum und enormes Potenzial.

Laut vorläufiger Statistik liegt Chinas Marktpotenzial für die Nutzung bestehender gebäudetechnischer Photovoltaik-Stromerzeugung allein bei etwa drei Billionen Kilowatt oder mehr. Darüber hinaus hat der riesige Gobi Photovoltaik-Stromerzeugungsmarkt im Westen ein Potenzial von mehreren Milliarden Kilowatt oder mehr. Mit dem technologischen Fortschritt und der großflächigen Anwendung der Photovoltaik-Stromerzeugung werden ihre Stromerzeugungskosten weiter sinken und zu einem wettbewerbsfähigeren Energieversorgungsmodus werden, allmählich von zusätzlicher Energie zu alternativer Energie übergehen und hoffen, in Zukunft die dominierende Energiequelle zu werden.