太阳能应用，智能电网基础设施

[导读]太阳能是一种可再生的、极其清洁的资源,对几乎每个人来说都是丰富的、可利用的。今天,技术正在取得重大进展,以改善其与现有基础设施的一体化,使能源部门脱碳,并为更可持续的未来奠定具体基础。

太阳能是一种可再生的、极其清洁的资源,对几乎每个人来说都是丰富的、可利用的。今天,技术正在取得重大进展,以改善其与现有基础设施的一体化,使能源部门脱碳,并为更可持续的未来奠定具体基础。

导言

为了减缓气候变化,必须使用可更新的能源,首先是太阳能。无论当前的气候变化如何,都必须立即过渡到新的能源。太阳能不产生温室气体排放,现在比以往任何时候都更有助于应对气候变化和空气污染。由于太阳能是清洁的、取之不尽的和低成本的,而且其价格预计在未来会进一步下降,因此它具有各种优势。

另一方面,它是不连续的能源,因为它不可能在夜间或多云天产生。近年来,越来越多的家庭在屋顶和墙壁上安装了太阳能电池板。他们通过太阳能为家用设备供电,但最近太阳能正在征服道路等其他使用领域。当然,太阳能是由太阳射线产生的,是一种清洁的、取之不尽的能源,这意味着它可以在不消极影响环境的情况下使用。它有助于产生电能和热能(参见图1中的相关图表)。

光电系统使用一个或多个面板将太阳能转换为由太阳能电池提供动力的电能,这可能并不是最先进的组件。光电电池可以串联或平行连接,以增加系统的功率。在面板的下游,有一个逆变器,任务是把直流电转换成交流电。太阳能也可以从热方面加以利用。在这种情况下,能量收集是通过太阳能收集器进行的,阳光会加热其中的液体。

图1:电力和热能生产的概念图

单位表面积上的阳光照射量一般以每平方米瓦特表示(W/M) 2 )或千瓦/平方米(千瓦/米 2 )。地球大气层外和一平方米的表面,垂直于太阳射线,发光功率约为1367瓦/米。 2 是可以测量的。不幸的是,这种能量被地球的大气层减弱,因此在一个特别明亮的日子里,地球上可以探测到的最大功率大约为1000瓦/米。 2 ,这种浓度随地球纬度的变化而变化(参见图2中的地图)。然而,使用特殊透镜或镜面系统可以多次放大入射辐射。还可以测量一段时间内影响固定区域的太阳辐射。通常,这个参数以每天每平方米的瓦特小时表示(wh/m 2 /day).

图2:1983年至2005年年均太阳能分布情况(资料来源:研究报告)

太阳能电池板产生的能量取决于各种参数,如方向、纬度、季节、大气条件、云层、温度和空气污染。对于同样数量的光,面板在寒冷的气候中产生的能量比在温暖的温度下产生的要多。这是因为光电模块在高温下没有那么有效。值得注意的是,太阳能电池板没有100%的效率。目前,最好和最昂贵的型号只能覆盖大约22%,商用硅太阳能电池板的平均效率在15%至20%之间。

这意味着,每1000瓦特的阳光击中一个面板,大约150-200瓦被转换成电能。由于所有的太阳能电池板效率都很低,并且有各种各样的太阳能电池板,所以了解它们的效率也许是很有趣的。一个简单的方程可以用来计算太阳能电池板的近似效率,百分比:

因此,例如,一个50W的面板,测量50厘米乘80厘米,其特点是效率大约12.5%。太阳能电池板的效率取决于它的表面和质量.如果一个面板能够把所有的光线都转换成电能,它将是100%的效率,但是到今天为止,这样的结果是不可能实现的。

基础设施

近年来,太阳能日益融入日常生活,越来越多的基础设施适合于有效管理。光电能源不同于其他形式的清洁能源,可以与任何类型和规模的建筑和基础设施相结合,而不需要额外的土地使用,因此使太阳能发电成为用户的一个非常有利的特点。利用太阳生产能源可以大大减少对化石燃料的依赖,降低相关成本,改善地球上的条件。

配备光电系统的建筑物和结构具有较高的市场价值,吸引了对能源效率特别感兴趣的潜在买家。对未利用空间的优化可使许多非生产性地区转化为太阳能生产表面,最大限度地将土地用于其他目的。电力基础设施是复杂的配置,能够从生产场地向最终用户输送电力。多年来,经过更远距离运输能源的过程成为电力历史的特点,结果越来越有利。

太阳能基础设施最重要的特点之一是能够可靠和经济地管理能源供求的变化。大规模光电发电的特点是用户的能源需求持续波动,因此,即使在极端条件下,网络也必须能够迅速解决与电力供应和需求有关的任何问题。与风能和水力发电不同,光电能源的优点是可以与任何类型的建筑和基础设施相结合,而不需要额外的土地使用。

今天,最常见的太阳能集成方法是在建筑物的屋顶上安装太阳能电池板,这确实是一个非常方便的解决办法。最近,在建筑物正面安装太阳能电池板越来越受欢迎,利用垂直空间来产生能量,创造出一种优雅而现代的美感。然而,该技术允许使用各种替代领域来放置光电模块。例如,这指的是道路、公交车站、火车站、道路或自行车道的护栏,这些护栏可与太阳能板相结合,以照亮路标、给电动车辆充电或为交通管制供电。这样的工厂可以依靠大型太阳能结构,这些结构可以促进运输系统的脱碳。

智能电网

智能电网是传统电网的技术演变.它是智能的,能够与用户进行实时互动并适应其需求,因为它由收集和交换数据的传感器和智能设备组成(见图3图表)。能源需求不断增加,这是事实。当今,智能电网可以通过整合可再生能源和优化能源管理来缓解这一问题。

为了管理这样一个系统,除了需要信息技术技术之外,还需要数字技术,并对可靠的功能进行持续监测。在线传感器可以实时收集供应和消费数据,进行分析和控制。这样就可以实现最佳功率平衡,消除与停电有关的问题。智能电网还可以使用自愈系统来检测简单的问题,并在没有任何人为干预的情况下进行维修。

综合通信系统为一个高度可靠的监测设备、防止能源盗窃和支持彻底控制的系统,对实时数据交换进行了顺利的管理。能源供应与需求之间的负载平衡是可靠供应的关键,如今,系统可以通过快速诊断和对所有消费的实时检查来自动实现这一平衡。没有智能电网,能源供应商将难以将可再生能源纳入现有的电网基础设施。智能电网当然会提高能源效率,并提高消费者对其用电对环境影响的认识。它还加强了能源系统的安全,能够获得更多的自我发电。