Sala de Aula Cognitiva - Fotovoltaica

Conhecimento básico de energia fotovoltaica

O que é a geração de energia fotovoltaica? O que é a geração de energia fotovoltaica distribuída?

A geração de energia fotovoltaica refere-se ao método de geração de eletricidade convertendo diretamente a radiação solar em eletricidade. A geração de energia fotovoltaica é o mainstream da geração de energia solar hoje, então o que as pessoas muitas vezes se referem como geração de energia solar é a geração de energia fotovoltaica.

A geração de energia distribuída refere-se à construção de instalações de geração de energia fotovoltaica próximas aos locais do usuário, tendo como principal modo de operação o uso próprio do lado do usuário, excesso de eletricidade conectado à rede elétrica, mas caracterizado por ajuste equilibrado no sistema de distribuição. A geração de energia distribuída segue os princípios de adaptação às condições locais, layout limpo e eficiente, descentralizado e utilização próxima, utilizando plenamente os recursos de energia solar local para substituir e reduzir o consumo de energia fóssil.

Você conhece a origem histórica da geração de energia fotovoltaica?

Em 1839, aos 19 anos na França, Becquerel realizou um experimento físico e descobriu que a corrente de dois eletrodos metálicos em um líquido condutor aumentaria quando iluminado com luz, descobrindo assim o "efeito fotovoltaico". Em 1930, Lange propôs pela primeira vez usar o "efeito fotovoltaico" para fabricar células solares, convertendo energia solar em energia elétrica.

Em 1932, Audubot e Stora fabricaram a primeira célula solar de sulfeto de cádmio.

Em 1941, Odu descobriu o efeito fotovoltaico no silício.

Em maio de 1954, Chapin, Fuller e Pearson dos Laboratórios Bell nos Estados Unidos desenvolveram uma célula solar de silício monocristalino com uma eficiência de 6%, que foi a primeira célula solar prática do mundo. No mesmo ano, Wick descobriu pela primeira vez que o arsenito de níquel tinha um efeito fotovoltaico, e depositou filmes finos de sulfeto de níquel no vidro para fazer células solares. A prática tecnologia de geração de energia fotovoltaica de converter luz solar em eletricidade nasceu e se desenvolveu a partir disso.

3. Como as células fotovoltaicas geram eletricidade?

Células fotovoltaicas são dispositivos semicondutores com características fotovoltaicas e de conversão elétrica, que convertem diretamente a energia da radiação solar em corrente contínua. Eles são a unidade mais básica de geração de energia fotovoltaica. As características elétricas únicas das células fotovoltaicas são a incorporação de certos elementos (como fósforo ou boro) no silício cristalino, causando desequilíbrio permanente nas cargas moleculares do material, formando materiais semicondutores com propriedades elétricas especiais. Sob a luz solar, semicondutores com propriedades elétricas especiais podem gerar cargas livres, que se movem e acumulam de forma direcionada, resultando na geração de energia elétrica quando ambas as extremidades estão fechadas. Este fenômeno é chamado de "efeito fotovoltaico" ou simplesmente o efeito fotovoltaico.

Quais são os componentes de um sistema de geração de energia fotovoltaica?

O sistema de geração de energia fotovoltaica consiste em matrizes fotovoltaicas (matrizes fotovoltaicas são compostas por módulos fotovoltaicos em série e paralelo), controladores, baterias, inversores DC/AC e outras peças. O componente central do sistema de geração de energia fotovoltaica são os módulos fotovoltaicos, que também são compostos por células fotovoltaicas em série, paralelas e seladas. Eles convertem diretamente a energia solar em eletricidade, e a eletricidade gerada pelos módulos fotovoltaicos é eletricidade CC, podemos usar inversores para convertê-lo em energia CA para utilização. De outra perspectiva, a eletricidade gerada pelos sistemas fotovoltaicos pode ser gerada e usada imediatamente, ou dispositivos de armazenamento de energia, como baterias, podem ser usados para armazenar a energia e liberá-la para uso conforme necessário.

5. O que é uma rede de distribuição?

Qual é a relação entre rede de distribuição e geração de energia fotovoltaica distribuída? A rede de distribuição é uma rede elétrica que recebe eletricidade da rede de transporte ou centrais elétricas regionais e a distribui a vários usuários no local ou passo a passo, de acordo com a tensão através de instalações de distribuição. É composto por linhas aéreas, cabos, torres, transformadores de distribuição, interruptores de isolamento, capacitores de compensação de potência reativa, dispositivos de medição e algumas instalações auxiliares. Geralmente, adota um projeto de circuito fechado e opera em um loop, com uma estrutura radial. A integração de fontes de energia distribuídas na rede de distribuição resulta na coexistência de geração e consumo de energia no sistema de distribuição. A estrutura da rede de distribuição mudou de uma estrutura radial para uma estrutura multi fonte, e o tamanho, direção e características de distribuição da corrente de curto-circuito mudaram.

Por que a energia fotovoltaica é considerada uma fonte de energia verde e de baixo carbono?

A geração de energia fotovoltaica tem benefícios energéticos, ambientais e econômicos significativos, e é uma das fontes de energia verde da mais alta qualidade. Instalar um sistema de geração de energia fotovoltaica de 1 kW sob condições médias de luz solar na China pode gerar 1200 kWh de eletricidade por ano, reduzir o uso de carvão (carvão padrão) em cerca de 400 quilogramas e reduzir as emissões de dióxido de carbono em cerca de 1 tonelada. De acordo com pesquisa do World Wildlife Fund (WWF), em termos de redução das emissões de dióxido de carbono, instalar um sistema de geração de energia fotovoltaica de 1 metro quadrado equivale a plantar 100 metros quadrados de árvores e florestas. Atualmente, o desenvolvimento de energia renovável, como a geração de energia fotovoltaica, é um dos meios eficazes para resolver fundamentalmente problemas ambientais, como neblina e chuva ácida.

7. Como ver a notícia de que há relatos de que "uma grande quantidade de energia é consumida na produção de módulos de células fotovoltaicas"?

Células fotovoltaicas consomem uma certa quantidade de energia durante seu processo de produção, especialmente nos três estágios de purificação de silício industrial, produção de silício policristalino de alta pureza e produção de lingotes de silício monocristalino / policristalino, que exigem alto consumo de energia. No entanto, as células fotovoltaicas podem gerar energia continuamente durante sua vida útil de 20 anos. De acordo com cálculos, sob as condições médias do sol na China, o retorno de energia dos sistemas de geração de energia fotovoltaica ao longo de toda a sua vida útil excede seu consumo de energia em mais de 15 vezes. O período de recuperação de energia do sistema conectado à rede fotovoltaica de telhado de 1 kW instalado no ângulo de inclinação ideal em Pequim é de 1,5 a 2 anos, o que é muito menor do que a vida útil do sistema fotovoltaico. Ou seja, a eletricidade gerada pelo sistema fotovoltaico nos primeiros 1,5-2 anos é utilizada para compensar a energia consumida em sua produção e outros processos, enquanto a energia gerada após 1,5-2 anos é pura produção. Portanto, o consumo de energia das células fotovoltaicas deve ser avaliado a partir de uma perspectiva de ciclo de vida completo.

8. Como ver a notícia de que há relatos de que a produção de módulos de células fotovoltaicas irá gerar uma grande quantidade de poluição?

A produção de módulos de células fotovoltaicas inclui vários elos na cadeia da indústria, incluindo silício policristalino, bolachas de silício lingote de silício, pacotes de células fotovoltaicas e módulos fotovoltaicos. Os relatórios de poluição relacionados referem-se principalmente às matérias-primas dos módulos fotovoltaicos e aos subprodutos gerados na produção de silício policristalino de alta pureza. A produção de silício policristalino de alta pureza usa principalmente o método melhorado Siemens, que converte silício de grau metalúrgico em triclorosilano e, em seguida, reduz-o ao silício policristalino de grau solar adicionando gás hidrogênio. Além disso, forma um subproduto, cloreto de silício, quando o tetracloreto de silício entra em contato com o ar úmido, ele se decompõe em ácido silício e cloreto de hidrogênio. Tratamento inadequado pode causar problemas de poluição. No entanto, o método melhorado Siemens atualmente usado pelas empresas de produção de polissilício na China pode alcançar a produção de circuito fechado reciclando o tetracloreto de silício subproduto e gás de cauda, alcançando uma produção limpa. Em dezembro de 2010, o país emitiu as "Condições de Acesso para a Indústria de Silício Policristalino", que estipulava que as taxas de recuperação e utilização de tetracloreto de silício e gás cloro no gás caudal reduzido não deveriam ser inferiores a 98,5% e 99%. Portanto, a tecnologia de produção madura e melhorada Siemens atende plenamente aos requisitos de proteção ambiental e não causará problemas de poluição ambiental.

Quanta luz solar temos disponível?

Pode tornar-se a fonte de energia dominante para o futuro? A radiação solar recebida na superfície da Terra pode atender 10000 vezes a demanda global de energia, e a radiação média anual recebida por metro quadrado na superfície da Terra varia de acordo com a região, variando de aproximadamente 1000-2000KWh. De acordo com dados da Agência Internacional de Energia, instalar sistemas solares fotovoltaicos em 4% dos desertos do mundo é suficiente para atender à demanda global de energia. A energia solar fotovoltaica tem vasto espaço de desenvolvimento e enorme potencial.

De acordo com estatísticas preliminares, o potencial de mercado da China para usar a geração de energia fotovoltaica instalada de edifícios existentes sozinho é de cerca de 3 trilhões de quilowatts ou mais. Além disso, o vasto mercado de geração de energia fotovoltaica Gobi no oeste tem um potencial de vários bilhões de quilowatts ou mais. Com o progresso tecnológico e aplicação em larga escala da geração de energia fotovoltaica, seu custo de geração de energia diminuirá ainda mais, tornando-se um modo de fornecimento de energia mais competitivo, gradualmente transitando de energia suplementar para energia alternativa e esperando se tornar a fonte de energia dominante no futuro.