Energia fotowoltaiczna - jak to działa?

Pojawienie się energii odnawialnej szło ręka w rękę z wykorzystaniem słońca, ale jak działa energia fotowoltaiczna i jak dociera do Twojego domu?

Słońce, ta rozżarzona kula, która zajmuje nasze niebo i wokół której krążyły, krążą i będą krążyć (dosłownie i dosłownie) praktycznie wszystkie ludzkie kultury, jakie kiedykolwiek istniały. Kult kulturowy i religijny, który, daleki od wygnania przez coraz mniej mistyczną ludzkość, przekształca się w naukową eksploatację poprzez energię. A faktem jest, że ta gwiazda, licząca 4,603 miliarda lat – ledwie dorosła w porównaniu z wiekiem innych gwiazd – jest niezbędna dla życia na Ziemi (nie sądzę, aby w tym momencie było konieczne wyjaśnienie dlaczego), ale także dla produkcji czystej, zrównoważonej i niewyczerpanej energii: fotowoltaiki. W ten sposób, w ciągu zaledwie kilku dekad, przeszliśmy od życia plecami do słońca – z perspektywy energetycznej – do doświadczania gorączki fotowoltaicznej, w której zaczęliśmy wykorzystywać potencjał naszego króla słońca do wytwarzania energii elektrycznej. Ale czy zastanawiałeś się kiedyś, jak działa fotowoltaiczna energia słoneczna? Cóż, dzisiaj Cię oświecimy. Nałóż krem ​​z filtrem, zaczynamy.

Być może pierwszą i najważniejszą rzeczą do zrobienia jest wyjaśnienie, czym jest fotowoltaiczna energia słoneczna. Ten rodzaj energii jest uzyskiwany poprzez zamianę promieniowania słonecznego na energię elektryczną dzięki tzw. efektowi fotoelektrycznemu; który zasadniczo polega na emisji elektronów (które później staną się energią elektryczną) w wyniku promieniowania elektromagnetycznego padającego na materiał, w tym przypadku ogniwa fotowoltaiczne znajdujące się na powierzchni paneli fotowoltaicznych, niezależnie od ich rozmiaru i technologii. Te z kolei składają się z szeregu warstw półprzewodnika elektrycznego, krzemu lub innych materiałów, pokrytych warstwą szkła, która umożliwia przenikanie promieniowania słonecznego i minimalizuje straty energii, chociaż obecnie maksymalna sprawność w najbardziej zaawansowanych instalacjach wynosi 20%. W ten sposób promienie słoneczne, które pozostają w środku, są „uwięzione” w panelu fotowoltaicznym dzięki generowaniu pola elektrycznego, które przebiega przez obwód elektryczny przebiegający przez instalację elektryczną.

Teraz nasze ukochane promienie słoneczne, których natężenie określi – w granicach wydajności naszej instalacji – moc, jaką będziemy w stanie wygenerować, są uwięzione w naszym obwodzie elektrycznym dzięki „magii” nauki. Teraz nadszedł czas, aby przekształcić je w rzeczywistą energię elektryczną, którą możemy wykorzystać.

Cóż, gdy „uwięzione” fotony uwalniają elektrony, generują coraz więcej energii elektrycznej w obwodzie panelu fotowoltaicznego, który nie może wykorzystać wszystkich wygenerowanych elektronów i przekierowuje je z powrotem do tzw. panelu ujemnego, aby mogły ponownie wejść w proces. W ten sposób cykliczny proces pozwala na produkcję tego, co znamy jako prąd stały, który jest magazynowany w akumulatorach, aby później przekształcić go w prąd przemienny (ten, który zużywamy w domu) dzięki pracy drugiego wielkiego bohatera naszego wyjaśnienia: falowników napięcia.

Jak działa energia fotowoltaiczna?

Te falowniki są kluczowe, ponieważ bez nich nie moglibyśmy korzystać z energii słonecznej pochodzącej z fotowoltaiki. Zatem praca tych urządzeń równa się prądowi energetycznemu, który możemy znaleźć w dowolnym gniazdku w domu dzięki przejściu z prądu stałego na prąd przemienny. Wyjaśnieniem tej potrzeby inwersji prądu jest to, że prąd stały, jak sama nazwa wskazuje, oferuje regularny przepływ, który płynie w sposób jednokierunkowy, podczas gdy prąd przemienny działa dzięki mocy i kierunkowi, które stale się zmieniają w różnych odstępach czasu, tworząc szczyty i doliny mocy. W ten sposób falowniki stale zmieniają kierunek prądu stałego na prąd przemienny; w ten sposób możemy wykorzystać go do użytku domowego, ponieważ znacznie łatwiej jest dostosować napięcie właściwe naszych urządzeń do prądu przemiennego.

Energia słoneczna i jej globalny wkład

Cóż, aby kontynuować wyjaśnienia, w tym miejscu musimy zatrzymać się na tym, jakie rodzaje instalacji fotowoltaicznych istnieją. Zasadniczo możemy podzielić je na dwie duże grupy:

• Instalacje fotowoltaiczne podłączone do sieci elektrycznej
• Instalacje fotowoltaiczne niepodłączone do sieci elektrycznej

Przyjrzyjmy się różnicom w działaniu i temu, jakie inne elementy są włączane, aby zagwarantować ich działanie.

Instalacje fotowoltaiczne podłączone do sieci elektrycznej

Tego typu instalacje, czy to autokonsumpcyjne (instalacje, które instalujemy w naszych domach, aby zaopatrzyć się w „darmową” energię), czy instalacja centralna (duża instalacja, która wytwarza energię słoneczną z fotowoltaiki i dystrybuuje ją do różnych odbiorców), są połączone z dużą siecią elektryczną; pozwalając jej zasilać nadwyżki (w przypadku autokonsumpcji) i produkować (w przypadku elektrowni).

Instalacje fotowoltaiczne niepodłączone do sieci elektroenergetycznej

Ta druga klasyfikacja jest najmniej powszechna, ale bardzo obecna w takich dziedzinach jak rolnictwo, a także w odległych lub trudno dostępnych miejscach. Zasadniczo są to instalacje działające w tzw. „wyspach energetycznych”, aby zaspokoić zapotrzebowanie na energię instalacji autonomicznych. Zatem tego typu instalacje fotowoltaiczne, znacznie prostsze w obsłudze, ponieważ nie wymagają dodatkowych rozdzielnic, ponieważ nie są podłączone do głównej sieci elektroenergetycznej, mogą pełnić funkcję generatorów energii elektrycznej do oświetlenia, systemów nawadniających plantacje lub wspierać inne systemy wytwarzania, takie jak generatory diesla.

Aby to zrobić, wracając do punktu, w którym energia przeszła już przez panel słoneczny i jest bezpiecznie magazynowana w naszym akumulatorze, instalacje te wymagają kolejnego dodatkowego elementu, który różnicuje je pod względem działania: regulatorów. Ten element działa zasadniczo jako system zabezpieczający akumulator przed przeciążeniami elektrycznymi lub ewentualnym nieefektywnym lub nieodpowiedzialnym wykorzystaniem zgromadzonej energii. W ten sposób akumulatory, dobrze zabezpieczone, przekazują energię do autonomicznej sieci elektroenergetycznej (okablowanie i instalacje domowe/rolnicze/przemysłowe), a ta z niej korzysta. To takie proste.

Energia fotowoltaiczna: zrównoważona i tania

Do niedawna debata na temat energii fotowoltaicznej, podobnie jak w przypadku innych odnawialnych źródeł energii, była szeroko zakrojona. Chmury, które groziły przesłonięciem słonecznego „fotowoltaicznego nieba”, to nic innego jak wątpliwości co do jej opłacalności jako źródła energii. Jak każda technologia, fotowoltaika w początkowej fazie poniosła dodatkowe koszty, które po kilku latach dowodzenia swojej wszechstronności udało jej się pokonać dzięki dojrzałości technologicznej i stałemu spadkowi cen instalacji.

Zaledwie dwa lata temu nastąpił kamień milowy w historii fotowoltaiki, kiedy  Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) opublikowała swój coroczny raport energetyczny za rok 2020 (World Energy Outlook), w którym stwierdziła, że ​​energia słoneczna jest nie tylko konkurencyjna i wydajna, ale także „najtańszą energią elektryczną w historii”; to coś. Kluczem do tego jest koszt kapitału w projektach energii słonecznej, który pozwala na produkcję energii słonecznej po cenie poniżej 20 dolarów za megawatogodzinę i z tego powodu staje się jednym z powodów, dla których podmioty finansujące przychylnie patrzą na udostępnianie kapitału na promowanie nowych projektów energii słonecznej ze względu na jej wysoką rentowność.

Dziś moce wytwórcze energii fotowoltaicznej osiągnęły psychologiczną barierę 1000 GW dzięki znakomitemu rokowi 2021, w którym do światowej sieci elektroenergetycznej dodano 168 GW mocy. Potwierdza to raport Global Market Outlook for Solar Power firmy SolarPower Europe, w którym podkreślono również, że branża fotowoltaiczna pobiła swój roczny rekord instalacji już dziewiąty rok z rzędu. Tendencja ta ma się powtórzyć w 2022 roku, kiedy prognozy wskazują, że po raz pierwszy moc instalacji fotowoltaicznych przekroczy 200 GW.