Classe Cognitiva - Fotovoltaico

Conoscenze di base del fotovoltaico

Che cos'è la generazione di energia fotovoltaica? Che cos'è la generazione di energia fotovoltaica distribuita?

La generazione di energia fotovoltaica si riferisce al metodo di generazione di elettricità convertendo direttamente la radiazione solare in elettricità. La generazione di energia fotovoltaica è il mainstream della generazione di energia solare oggi, quindi ciò che le persone spesso chiamano generazione di energia solare è la generazione di energia fotovoltaica.

La generazione di energia distribuita si riferisce alla costruzione di impianti di generazione di energia fotovoltaica in prossimità dei siti di utenza, con l'uso autonomo da parte dell'utente come modalità operativa principale, l'elettricità in eccesso collegata alla rete, ma caratterizzata da aggiustamenti bilanciati nel sistema di distribuzione. La generazione di energia distribuita segue i principi di adattamento alle condizioni locali, layout pulito ed efficiente, decentralizzato e utilizzo nelle vicinanze, utilizzando pienamente le risorse locali di energia solare per sostituire e ridurre il consumo di energia fossile.

Conoscete l'origine storica della generazione di energia fotovoltaica?

Nel 1839, all'età di 19 anni in Francia, Becquerel condusse un esperimento di fisica e scoprì che la corrente di due elettrodi metallici in un liquido conduttivo aumentava quando illuminato con luce, scoprendo così l'"effetto fotovoltaico". Nel 1930 Lange propose per la prima volta di utilizzare l'"effetto fotovoltaico" per produrre celle solari, convertendo l'energia solare in energia elettrica.

Nel 1932 Audubot e Stora fabbricarono la prima cella solare al solfuro di cadmio.

Nel 1941 Odu scoprì l'effetto fotovoltaico sul silicio.

Nel maggio 1954 Chapin, Fuller e Pearson dei Bell Laboratories negli Stati Uniti svilupparono una cella solare monocristallina al silicio con un'efficienza del 6%, che fu la prima cella solare pratica al mondo. Nello stesso anno, Wick scoprì per la prima volta che l'arsenuro di nichel aveva un effetto fotovoltaico e depositò film sottili di solfuro di nichel sul vetro per produrre celle solari. Da questo nasce e si sviluppa la pratica tecnologia di generazione di energia fotovoltaica per convertire la luce solare in elettricità.

3. Come generano elettricità le celle fotovoltaiche?

Le celle fotovoltaiche sono dispositivi a semiconduttore con caratteristiche di conversione fotovoltaica ed elettrica, che convertono direttamente l'energia della radiazione solare in corrente continua. Sono l'unità di base della generazione di energia fotovoltaica. Le caratteristiche elettriche uniche delle celle fotovoltaiche sono l'incorporazione di alcuni elementi (come fosforo o boro) in silicio cristallino, causando uno squilibrio permanente nelle cariche molecolari del materiale, formando materiali semiconduttori con proprietà elettriche speciali, sotto luce solare, semiconduttori con proprietà elettriche speciali possono generare cariche libere, che si muovono e si accumulano in modo diretto, con conseguente generazione di energia elettrica quando entrambe le estremità sono chiuse. Questo fenomeno è chiamato "effetto fotovoltaico" o semplicemente effetto fotovoltaico.

Quali sono i componenti di un impianto fotovoltaico di generazione di energia?

Il sistema di generazione di energia fotovoltaica è costituito da array fotovoltaici (gli array fotovoltaici sono composti da moduli fotovoltaici in serie e paralleli), regolatori, batterie, inverter DC/AC ed altre parti. La componente principale del sistema di generazione di energia fotovoltaica sono i moduli fotovoltaici, anch'essi composti da celle fotovoltaiche in serie, parallele e sigillate. Convertino direttamente l'energia solare in elettricità e l'elettricità generata dai moduli fotovoltaici è elettricità CC, possiamo usare inverter per convertirla in energia CA per l'utilizzo. Da un'altra prospettiva, l'elettricità generata dagli impianti fotovoltaici può essere generata e utilizzata immediatamente, oppure dispositivi di accumulo di energia come le batterie possono essere utilizzati per immagazzinare l'energia e rilasciarla per l'uso secondo necessità.

5. Che cos'è una rete di distribuzione?

Qual è il rapporto tra rete di distribuzione e generazione di energia fotovoltaica distribuita? La rete di distribuzione è una rete elettrica che riceve energia elettrica dalla rete di trasmissione o dalle centrali elettriche regionali e la distribuisce a vari utenti in loco o passo dopo passo in base alla tensione attraverso gli impianti di distribuzione. È composto da linee aeree, cavi, torri, trasformatori di distribuzione, interruttori di isolamento, condensatori di compensazione della potenza reattiva, dispositivi di misurazione e alcune strutture ausiliarie. Generalmente, adotta una progettazione a circuito chiuso e funziona in un ciclo, con una struttura radiale. L'integrazione di fonti di energia distribuite nella rete di distribuzione si traduce nella coesistenza di generazione e consumo di energia nel sistema di distribuzione. La struttura della rete di distribuzione è cambiata da una struttura radiale a una struttura multi sorgente e le dimensioni, la direzione e le caratteristiche di distribuzione della corrente di cortocircuito sono tutte cambiate.

Perché l'energia fotovoltaica è considerata una fonte di energia verde e a basso tenore di carbonio?

La produzione di energia fotovoltaica ha notevoli benefici energetici, ambientali ed economici ed è una delle fonti di energia verde di altissima qualità. L'installazione di un impianto fotovoltaico da 1 kW in condizioni di luce solare medie in Cina può generare 1200 kWh di energia elettrica all'anno, ridurre l'uso di carbone (carbone standard) di circa 400 chilogrammi e ridurre le emissioni di anidride carbonica di circa 1 tonnellata. Secondo una ricerca del World Wildlife Fund (WWF), in termini di riduzione delle emissioni di anidride carbonica, installare un impianto fotovoltaico di 1 metro quadrato equivale a piantare 100 metri quadrati di alberi e foreste. Attualmente, lo sviluppo di energie rinnovabili come la produzione di energia fotovoltaica è uno dei mezzi efficaci per risolvere fondamentalmente problemi ambientali come foschia e pioggia acida.

7. Come vedere la notizia che ci sono rapporti che "una grande quantità di energia viene consumata nella produzione di moduli di celle fotovoltaiche"?

Le celle fotovoltaiche consumano una certa quantità di energia durante il loro processo di produzione, specialmente nelle tre fasi della purificazione industriale del silicio, della produzione di silicio policristallino ad alta purezza e della produzione di barrette di silicio monocristallino/lingotti di silicio policristallino, che richiedono un elevato consumo energetico. Tuttavia, le celle fotovoltaiche possono generare continuamente energia durante i loro 20 anni di vita. Secondo i calcoli, in condizioni di sole medie in Cina, il ritorno energetico dei sistemi di generazione di energia fotovoltaica per tutta la loro durata di vita supera il loro consumo energetico di più di 15 volte. Il periodo di recupero energetico dell'impianto fotovoltaico da 1 kW installato all'angolo di inclinazione ottimale a Pechino è di 1,5-2 anni, che è molto inferiore alla durata dell'impianto fotovoltaico. Vale a dire, l'elettricità generata dall'impianto fotovoltaico nei primi 1,5-2 anni viene utilizzata per compensare l'energia consumata nella sua produzione e in altri processi, mentre l'energia generata dopo 1,5-2 anni è pura produzione. Pertanto, il consumo energetico delle celle fotovoltaiche dovrebbe essere valutato in una prospettiva del ciclo di vita completo.

8. Come vedere la notizia che ci sono rapporti che la produzione di moduli di celle fotovoltaiche genererà una grande quantità di inquinamento?

La produzione di moduli di celle fotovoltaiche comprende diversi anelli della catena industriale, tra cui silicio policristallino, wafer di silicio in lingotto di silicio, confezioni di celle fotovoltaiche e moduli fotovoltaici. Le relative relazioni sull'inquinamento si riferiscono principalmente alle materie prime dei moduli fotovoltaici e ai sottoprodotti generati dalla produzione di silicio policristallino ad alta purezza. La produzione di silicio policristallino ad alta purezza utilizza principalmente il metodo migliorato di Siemens, che converte il silicio di grado metallurgico in triclorosilano e quindi lo riduce in silicio policristallino di grado solare aggiungendo gas idrogeno. Inoltre, forma un sottoprodotto, cloruro di silicio, Quando il tetracloruro di silicio entra in contatto con l'aria umida, si decompone in acido silicico e cloruro di idrogeno. Un trattamento improprio può causare problemi di inquinamento. Tuttavia, il metodo Siemens migliorato attualmente utilizzato dalle imprese di produzione di polisilici in Cina può ottenere la produzione a circuito chiuso riciclando il tetracloruro di silicio sottoprodotto e il gas di coda, ottenendo una produzione pulita. Nel dicembre 2010, il paese ha pubblicato le "Condizioni di accesso per l'industria del silicio policristallino", che hanno stabilito che i tassi di recupero e utilizzo del tetracloruro di silicio e del gas cloro nel gas di coda ridotto non dovrebbero essere inferiori al 98,5% e al 99%. Pertanto, la tecnologia di produzione matura e migliorata di Siemens soddisfa pienamente i requisiti di protezione ambientale e non causerà problemi di inquinamento ambientale.

Quanta luce solare abbiamo a disposizione?

Può diventare la fonte energetica dominante per il futuro? La radiazione solare ricevuta sulla superficie terrestre può soddisfare 10000 volte la domanda globale di energia, e la radiazione media annua ricevuta per metro quadrato sulla superficie terrestre varia in base alla regione, che varia da circa 1000-2000KWH. Secondo i dati dell'Agenzia Internazionale dell'Energia, installare impianti solari fotovoltaici nel 4% dei deserti del mondo è sufficiente per soddisfare la domanda globale di energia. Il fotovoltaico solare ha un vasto spazio di sviluppo e un enorme potenziale.

Secondo le statistiche preliminari, il potenziale di mercato della Cina per utilizzare solo la generazione di energia fotovoltaica installata negli edifici esistenti è di circa 3 trilioni di kilowatt o più. Inoltre, il vasto mercato della produzione di energia fotovoltaica Gobi ad ovest ha un potenziale di diversi miliardi di chilowatt o più. Con il progresso tecnologico e l'applicazione su larga scala della generazione di energia fotovoltaica, il suo costo di produzione di energia diminuirà ulteriormente, diventando un modo di approvvigionamento energetico più competitivo, gradualmente passando da energia supplementare a energia alternativa e sperando di diventare la fonte energetica dominante in futuro.