Solar selgitas fotogalvaanikat ja elektrit

Fotogalvaanilised elemendid muudavad päikesevalguse elektriks

Fotogalvaaniline (PV) element, mida tavaliselt nimetatakse päikesepatareiks, on mittemehaaniline seade, mis muudab päikesevalguse otse elektriks. Mõned PV-elemendid suudavad kunstlikku valgust elektriks muuta.

Footonid kannavad päikeseenergiat

Päikesevalgus koosneb footonitest ehk päikeseenergia osakestest. Need footonid sisaldavad erinevas koguses energiat, mis vastavad erinevatele lainepikkustele

A

Elektrivool

Negatiivset laengut kandvate elektronide liikumine raku esipinna poole tekitab elektrilaengu tasakaalustamatuse raku esi- ja tagapinna vahel. See tasakaalustamatus loob omakorda pingepotentsiaali nagu aku negatiivne ja positiivne klemm. Raku elektrijuhid neelavad elektrone. Kui juhid on elektriahelas ühendatud välise koormusega, näiteks akuga, voolab ahelas elekter.

Fotogalvaaniliste süsteemide tõhusus sõltub fotogalvaanilise tehnoloogia tüübist

Tõhusus, millega PV-elemendid muudavad päikesevalguse elektriks, sõltub pooljuhtmaterjali tüübist ja PV-elementide tehnoloogiast. Kaubanduslikult saadavate fotoelektriliste moodulite efektiivsus oli 1980. aastate keskel keskmiselt alla 10%, 2015. aastaks tõusis see ligikaudu 15%-ni ja läheneb nüüdisaegsete moodulite puhul 20%-le. Eksperimentaalsed PV-elemendid ja PV-elemendid nišiturgudele, nagu kosmosesatelliidid, on saavutanud peaaegu 50% efektiivsuse.

Kuidas fotogalvaanilised süsteemid töötavad

PV element on PV-süsteemi põhiline ehitusplokk. Üksikute lahtrite suurus võib varieeruda vahemikus 0,5 tolli kuni umbes 4 tolli. Üks element toodab aga ainult 1 või 2 vatti, millest piisab vaid väikeseks kasutuseks, näiteks kalkulaatorite või käekellade toiteks.

PV-elemendid on elektriliselt ühendatud pakendatud, ilmastikukindlas PV-moodulis või paneelis. PV-moodulid on erineva suuruse ja toota elektrienergia koguse poolest. PV-mooduli elektritootmisvõimsus suureneb koos elementide arvuga moodulis või mooduli pindalaga. PV-mooduleid saab ühendada rühmadesse, moodustades PV-massiivi. PV massiiv võib koosneda kahest või sajast PV moodulist. PV-massiiviga ühendatud PV-moodulite arv määrab elektrienergia koguhulga, mida massiiv suudab toota.

Fotogalvaanilised elemendid toodavad alalisvoolu (DC) elektrit. Seda alalisvoolu saab kasutada akude laadimiseks, mis omakorda toidavad alalisvoolu elektrit kasutavaid seadmeid. Peaaegu kogu elektrienergia tarnitakse elektri ülekande- ja jaotussüsteemides vahelduvvooluna. Seadmed helistasid

PV-elemendid ja moodulid toodavad kõige rohkem elektrit, kui need on otse päikese poole. PV-moodulid ja massiivid võivad kasutada jälgimissüsteeme, mis liigutavad mooduleid pidevalt päikese poole, kuid need süsteemid on kallid. Enamikul PV-süsteemidel on moodulid fikseeritud asendis, moodulid on suunatud otse lõuna poole (põhjapoolkeral – lõunapoolkeral otse põhja poole) ja nurga all, mis optimeerib süsteemi füüsilist ja majanduslikku jõudlust.

Päikese fotogalvaanilised elemendid on rühmitatud paneelideks (mooduliteks) ja paneele saab rühmitada erineva suurusega massiivideks, et toota väikeses kuni suures koguses elektrit, näiteks veepumpade toiteks kariloomade vee jaoks, kodude elektrivarustuseks või kommunaalteenusteks. mastaabis elektritootmine.

Allikas: National Renewable Energy Laboratory (autoriõigustega kaitstud)

Fotogalvaaniliste süsteemide rakendused

Väikseimate fotogalvaaniliste süsteemide toitekalkulaatorid ja käekellad. Suuremad süsteemid võivad pakkuda elektrit vee pumpamiseks, sideseadmete toiteks, ühe kodu või ettevõtte elektrivarustuseks või moodustada suuri massiive, mis varustavad elektriga tuhandeid elektritarbijaid.

Mõned PV-süsteemide eelised on

â¢PV-süsteemid suudavad varustada elektrienergiaga kohtades, kus elektrijaotussüsteeme (elektriliinid) ei eksisteeri, ning nad võivad varustada elektriga ka
â¢PV-massiivid saab kiiresti paigaldada ja need võivad olla mis tahes suurusega.
â¢Hoonetes paiknevate PV-süsteemide keskkonnamõju on minimaalne.

Allikas: National Renewable Energy Laboratory (autoriõigustega kaitstud)

Allikas: National Renewable Energy Laboratory (autoriõigustega kaitstud)

Fotogalvaanika ajalugu

Esimese praktilise PV-elemendi töötasid välja Bell Telephone'i teadlased 1954. aastal. Alates 1950. aastate lõpust kasutati PV elemente USA kosmosesatelliitide toiteks. 1970. aastate lõpuks pakkusid PV-paneelid elektrit kaug- või kaugjuhtimispuldis

USA energiateabe administratsiooni (EIA) hinnangul kasvas kommunaalvõimsusega fotoelektrijaamades toodetud elekter 76 miljonilt kilovatt-tunnilt (kWh) 2008. aastal 69 miljardini (kWh) 2019. aastal. Kommunaalelektrijaamade võimsus on vähemalt 1000 kilovatti (või üks megavatt) elektritootmisvõimsust. EIA hinnangul toodeti 2019. aastal väikesemahulised võrguga ühendatud PV-süsteemid 33 miljardit kWh, võrreldes 2014. aasta 11 miljardi kWh-ga. Väikesemahulised PV-süsteemid on süsteemid, mille elektritootmisvõimsus on alla ühe megavati. Enamik neist asuvad hoonetel ja mõnikord kutsutakse neid