Солнечная энергия — это преобразование возобновляемой энергии солнечного света в электричество либо непосредственно с использованием фотоэлектрических элементов (PV), либо косвенно с использованием концентрированной солнечной энергии , либо их комбинации. Фотогальванические элементы преобразуют свет в электрический ток , используя фотогальванический эффект . [1] Концентрированные солнечные энергетические системы используют линзы или зеркала и системы слежения за солнцем, чтобы сфокусировать большую площадь солнечного света в горячей точке, часто для приведения в действие паровой турбины .
Первоначально фотоэлектрические элементы использовались исключительно в качестве источника электроэнергии для малых и средних приложений, от калькулятора , питаемого от одного солнечного элемента, до удаленных домов, питаемых от автономной фотоэлектрической системы на крыше. Коммерческие концентрированные солнечные электростанции были впервые разработаны в 1980-х годах. С тех пор, когда стоимость солнечной электроэнергии упала, количество подключенных к сети солнечных фотоэлектрических систем выросло более или менее в геометрической прогрессии . Были построены и строятся миллионы установок и фотоэлектрических электростанций гигаваттного масштаба . Солнечная фотоэлектрическая энергия быстро превратилась в недорогую низкоуглеродную технологию .
Солнечная энергия производит 4% электроэнергии в мире по сравнению с 1% в 2015 году, когда было подписано Парижское соглашение об ограничении изменения климата . [2] Наряду с наземным ветром самая дешевая приведенная стоимость электроэнергии – это солнечная энергия для коммунальных предприятий . [3] Солнечная энергия в Китае составляет более 30% генерации. [2] Международное энергетическое агентство заявило в 2021 году, что согласно его сценарию «Нулевой баланс к 2050 году» солнечная энергия будет составлять около 20% мирового потребления энергии , а солнечная энергия будет крупнейшим в мире источником электроэнергии. [4]
Многие промышленно развитые страны установили в своих сетях значительные мощности солнечной энергии, чтобы дополнить или обеспечить альтернативу традиционным источникам энергии, в то время как все большее число менее развитых стран обратились к солнечной энергии, чтобы уменьшить зависимость от дорогого импортного топлива (см. Солнечную энергию по странам ) . Передача на большие расстояния позволяет удаленным возобновляемым источникам энергии заменить потребление ископаемого топлива. Солнечные электростанции используют одну из двух технологий:
Солнечная батарея , или фотогальванический элемент (PV), представляет собой устройство, которое преобразует свет в электрический ток с помощью фотогальванического эффекта . Первый солнечный элемент был построен Чарльзом Фриттсом в 1880-х годах. [6] Немецкий промышленник Эрнст Вернер фон Сименс был среди тех, кто признал важность этого открытия. [7] В 1931 году немецкий инженер Бруно Ланге разработал фотоэлемент с использованием селенида серебра вместо оксида меди , [8] хотя прототип селеновых элементов преобразовывал менее 1% падающего света в электричество. После работы Рассела Олав 1940-х годах исследователи Джеральд Пирсон, Кэлвин Фуллер и Дэрил Чапин создали кремниевый солнечный элемент в 1954 году. [9] Эти ранние солнечные элементы стоили 286 долларов США за ватт и достигли эффективности 4,5–6%. [10] В 1957 году Мохамед М. Аталла разработал процесс пассивации поверхности кремния путем термического окисления в Bell Labs . [11] [12] Процесс пассивации поверхности с тех пор имеет решающее значение для эффективности солнечных элементов . [13]
Массив фотоэлектрической энергетической системы или фотоэлектрической системы вырабатывает мощность постоянного тока (DC), которая колеблется в зависимости от интенсивности солнечного света. Для практического использования это обычно требует преобразования в определенные желаемые напряжения или переменный ток (AC) с помощью инверторов . [5] Несколько солнечных элементов соединены внутри модулей. Модули соединяются вместе, образуя массивы, а затем подключаются к инвертору, который вырабатывает мощность с желаемым напряжением, а для переменного тока — с желаемой частотой/фазой. [5]
Солнечная фотоэлектрическая CSP - Солнечная тепловая энергия