Φωτοβολταικά – Η απόδοση μετατροπής ενός φωτοβολταϊκού συστήματος.
Φωτοβολταικά – Η απόδοση μετατροπής ενός φωτοβολταϊκού συστήματος :
Ποια είναι η απόδοση μετατροπής ενός ηλιακού φωτοβολταϊκού συστήματος;
Αποδοτικότητα εξοπλισμού = ωφέλιμη παραγωγή ενέργειας / εισροή ενέργειας.
Στην περίπτωση ενός ηλιακού φωτοβολταϊκού συστήματος, η απόδοση είναι περίπου 15%, που σημαίνει ότι εάν έχουμε 1 m επιφάνειας κυψέλης για κάθε 100 W/m προσπίπτουσας ακτινοβολίας , μόνο 15 W θα παραδοθούν στο κύκλωμα.
Απόδοση κυψελών SPV = 15 W/m 2 / 100 W/m 2 = 15 %.
Στην περίπτωση των μπαταριών μολύβδου οξέος, μπορούμε να διακρίνουμε μεταξύ δύο τύπων απόδοσης, απόδοσης Coulomb (ή Ah ή Amp-hour) και ενεργειακής (ή Wh ή Watt-hour) απόδοσης. Στη διαδικασία φόρτισης που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε χημική ενέργεια, η απόδοση Ah είναι περίπου 90% και η ενεργειακή απόδοση είναι περίπου 75%.
Φωτοβολταικά – Η απόδοση μετατροπής ενός φωτοβολταϊκού συστήματος.
Πώς λειτουργούν τα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα;
Κατασκευή κυψελών ηλιακού φωτοβολταϊκού συστήματος
Η πρώτη ύλη είναι ο δεύτερος σε αφθονία χαλαζία (άμμος). Ο χαλαζίας είναι ένα ορυκτό ευρέως διαδεδομένο. Κυκλοφορεί σε πολλές ποικιλίες και αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του πυριτίου ή διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) με μικρές ποσότητες ακαθαρσιών όπως λίθιο, νάτριο, κάλιο και τιτάνιο.
Η διαδικασία κατασκευής ηλιακών κυττάρων από γκοφρέτες πυριτίου περιλαμβάνει τρεις κατηγορίες βιομηχανιών
α.) βιομηχανίες που παράγουν ηλιακά κύτταρα
από χαλαζία β.) βιομηχανίες που παράγουν ηλιακά κύτταρα από χαλαζία και
γ.) βιομηχανίες που χρησιμοποιούν γκοφρέτες πυριτίου για την παραγωγή ηλιακών κυψελών
Πώς κατασκευάζονται οι γκοφρέτες πυριτίου σε ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα;
Ως πρώτο βήμα, το καθαρό πυρίτιο παράγεται με την αναγωγή και τον καθαρισμό ακάθαρτου πυριτίου σε χαλαζία. Διαδικασία Cz-ralski (Cz) : Η βιομηχανία φωτοβολταϊκών χρησιμοποιεί επί του παρόντος δύο κύριες οδούς για τη μετατροπή της πρώτης ύλης τροφοδοσίας πολυπυριτίου σε έτοιμες γκοφρέτες: τη μονοκρυσταλλική διαδρομή που χρησιμοποιεί τη διαδικασία Cz-ralski (Cz) και την πολυκρυσταλλική διαδρομή χρησιμοποιώντας τη διαδικασία κατευθυντικής στερεοποίησης (DS). Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο μεθόδων είναι ο τρόπος τήξης του πολυπυριτίου, ο τρόπος σχηματισμού του πλινθώματος, το μέγεθος του πλινθώματος και το πώς το πλινθίο διαμορφώνεται σε τούβλα για τον τεμαχισμό της γκοφρέτας
- Διαδικασία Czochralski (Cz) : Η μέθοδος Cz παράγει κυλινδρικά πλινθώματα, τα οποία στη συνέχεια υποβάλλονται σε πολλαπλά στάδια πριονίσματος με ταινία και πριόνισμα σύρματος για την παραγωγή γκοφρετών. Για ένα τυπικό χωνευτήριο διαμέτρου 24″ με αρχικό βάρος φόρτισης περίπου 180 kg, χρειάζονται περίπου 35 ώρες για να λιώσει το πολυπυρίτιο στο χωνευτήριο Cz, να βυθιστεί ο σπόρος στο τήγμα και να τραβήξει έξω τον λαιμό, τους ώμους, το σώμα και τον ακραίο κώνο. . Το αποτέλεσμα είναι ένα κυλινδρικό πλινθίο Cz με μάζα 150-200 kg. Για να αφήσετε πίσω μέταλλα και άλλους ρύπους, είναι απαραίτητο να αφήσετε 2-4 kg σκραπ στο χωνευτήριο.
- Διαδικασία κατευθυντικής στερεοποίησης (DS) : Οι πολυκρυσταλλικές γκοφρέτες DS κατασκευάζονται από βραχύτερους αλλά φαρδύτερους, βαρύτερους πλίνθους – περίπου 800 kg – σε σχήμα κύβων όταν το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο τήκεται σε χωνευτήριο χαλαζία. Μετά την τήξη του πολυπυριτίου, η διαδικασία DS προκαλείται δημιουργώντας μια βαθμίδα θερμοκρασίας, στην οποία η επιφάνεια του πυθμένα του χωνευτηρίου ψύχεται με ορισμένο ρυθμό. Παρόμοια με τα πλινθώματα Cz, ένα μέρος των πλινθωμάτων DS που παράγεται κατά τη διαδικασία φύτευσης και τετραγωνισμού μπορεί να επαναλιωθεί για χρήση σε μελλοντικές γενιές πλινθωμάτων. Ωστόσο, στην περίπτωση των πλινθωμάτων DS, το ανώτερο μέρος συνήθως δεν ανακυκλώνεται λόγω της υψηλής συγκέντρωσης ακαθαρσιών.
Δεδομένου ότι η διαδικασία ξεκινά με ένα χωνευτήριο τήξης σε σχήμα κύβου, τα πλινθώματα και οι γκοφρέτες DS είναι φυσικά τετράγωνα, καθιστώντας εύκολη τη δημιουργία κυψελών πολυκρυσταλλικής βάσης που μπορούν βασικά να καταλάβουν ολόκληρη την περιοχή σε ολόκληρη τη μονάδα. Χρειάζονται περίπου 76 ώρες για να παραχθεί μια τυπική ράβδος πυριτίου DS, πριονισμένη από κοπή 6 x 6 σε 36 τούβλα. Ένα τυπικό τελειωμένο τούβλο έχει πλήρη τετράγωνη διατομή 156,75 mm x 156,75 mm (246 cm2 επιφάνεια) και ύψος 286 mm, αποδίδοντας 1.040 γκοφρέτες ανά τούβλο ανά τούβλο όταν το πάχος της γκοφρέτας είναι 180 μm. 95 μm. Επομένως, κάθε ράβδος DS μπορεί να παράγει 35.000-40.000 γκοφρέτες.
Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα είναι ελάχιστα ενεργειακά αποδοτικά;
Τα σημερινά ηλιακά φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπουν μόνο το 10 με 14 τοις εκατό περίπου της ακτινοβολούμενης ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι μονάδες ορυκτών καυσίμων, από την άλλη πλευρά, μετατρέπουν το 30-40% της χημικής ενέργειας των καυσίμων τους σε ηλεκτρική ενέργεια. Η απόδοση της ηλεκτροχημικής μετατροπής ισχύος είναι πολύ υψηλότερη, τόσο υψηλή όσο 90% έως 95%.
