Фотовольтаика (PV) — это термин, который охватывает преобразование света в электричество с использованием полупроводниковых материалов, которые проявляют фотогальванический эффект, явление, изученное в физике, фотохимии и электрохимии.

Типичная фотоэлектрическая система использует солнечные батареи, каждая из которых содержит несколько солнечных элементов, которые генерируют электрическую энергию. Установка PV может быть установлена ​​на земле, установлена ​​на крыше или установлена ​​на стене. Крепление может быть закреплено или использовать солнечный трекер, чтобы следить за солнцем по небу.

Solar PV обладает определенными преимуществами в качестве источника энергии: после его установки его работа не вызывает загрязнения и не выделяет парниковых газов, она показывает простую масштабируемость в отношении потребностей в энергии, а кремний имеет большую доступность в земной коре.

Важным недостатком систем PV является то, что выходная мощность лучше всего работает при прямом солнечном свете, поэтому около 10-25% теряется, если система слежения не используется. Пыль, облака и другие препятствия в атмосфере также уменьшают выходную мощность. Другой важной проблемой является концентрация производства в часах, соответствующих основной инсоляции, которые обычно не соответствуют пикам спроса в циклах человеческой активности. Если нынешние социальные модели потребления и электрические сети не адаптируются к этому сценарию, электричество все еще необходимо хранить для последующего использования или использовать другие источники энергии, как правило, углеводороды.

Фотоэлектрические системы уже давно используются в специализированных приложениях, а автономные и связанные с сеткой фотоэлектрические системы используются с 1990-х годов. Они были впервые серийными в 2000 году, когда немецкие экологи и организация Eurosolar получили государственное финансирование на десять тысяч программ крыши.

Достижения в области технологий и увеличение масштабов производства в любом случае снизили стоимость, повысили надежность и повысили эффективность фотогальванических установок. Чистые учетные и финансовые стимулы, такие как льготные тарифные ставки для солнечной энергии, поддерживали солнечные фотоэлектрические установки во многих странах. В настоящее время более 100 стран используют солнечную энергию.

После гидроэнергетики и энергии ветра PV является третьим источником возобновляемой энергии с точки зрения глобальной емкости. В конце 2016 года мировая установленная мощность PV увеличилась до более 300 гигаватт (ГВт), покрывая примерно два процента мирового спроса на электроэнергию. Китай, за которым следуют Япония и США, является самым быстрорастущим рынком, а Германия остается крупнейшим в мире производителем, а солнечная PV обеспечивает семь процентов годового внутреннего потребления электроэнергии. С нынешней технологией (начиная с 2013 года), фотогальваника восстанавливает энергию, необходимую для их производства за 1,5 года в Южной Европе и 2,5 года в Северной Европе.

Возобновляемость
В зависимости от типа рассматриваемой фотогальванической ячейки возобновляемый характер этой энергии является частично спорным, поскольку для производства фотоэлектрических панелей требуется энергия, происхождение которой в настоящее время практически невозобновляемо. Действительно, страны, производящие почти все фотоэлектрические панели, установленные в мире (Китай, США, Япония, Индия), имеют энергетические балансы, в которых доминируют невозобновляемые источники энергии; например, Китай, который производит 80% панелей, установленных в Европе 3, получает 86% своей энергии из невозобновляемых источников.

Тем не менее, скорость возврата энергии фотоэлектрических систем улучшилась благодаря последовательным технологическим достижениям. В зависимости от технологий фотогальваническая система производит в течение 20-40 раз больше энергии на протяжении всей своей работы (первичный эквивалент), чем то, что использовалось для ее изготовления 5.

Технические основы
Для преобразования энергии используется фотоэлектрический эффект солнечных элементов, которые связаны с так называемыми солнечными модулями. Произведенное электричество можно использовать напрямую, хранить в аккумуляторах или подавать в электрические сети. Перед подачей в переменные сетки генерируется постоянный ток преобразователя. Система солнечных модулей и других компонентов (инвертор, линия электропередач) называется фотогальванической системой или солнечным генератором.

Номинальная мощность и выход
Номинальная мощность фотоэлектрических систем часто указывается в обозначении W p (Watt Peak) или кВт p и относится к характеристикам в условиях испытаний, которые приблизительно соответствуют максимальной солнечной радиации в Германии. Условия испытаний служат для стандартизации и сравнения различных солнечных модулей. Электрические значения компонентов приведены в листе данных. Он измеряется при температуре модуля 25 ° C, освещенности 1000 Вт / м² и воздушной массе (сокращенно AM) 1,5. Эти стандартные условия испытаний (обычно сокращенные STC, стандартные условия испытаний) были установлены в качестве международных стандартов. Если эти условия не могут быть удовлетворены во время тестирования, номинальная мощность должна определяться путем расчета из данных условий испытаний.

Для сравнения: интенсивность излучения Солнца в околоземном пространстве (солнечная постоянная) составляет в среднем 1367 Вт / м². (На земле около 75% этой энергии поступает в ясную погоду).

Решающим фактором для определения размеров и амортизации фотогальванической системы является, помимо пикового выхода, максимум годовой доход, т. Е. Количество генерируемой электроэнергии. Энергия излучения колеблется ежедневно, сезонные и погодные условия. В Германии, например, солнечный завод в Германии может иметь до десяти раз урожай в декабре по сравнению с декабрем. Ежедневно обновляемые данные с высоким временным разрешением доступны для пользователей с 2011 года в Интернете.

Выход в год измеряется в ватт-часах (Втч) или киловатт-часах (кВт-ч). Расположение и ориентация модулей, а также затенение оказывают значительное влияние на урожай, с наклонами крыши 30-40 ° и ориентацией на юг, что обеспечивает максимальный урожай в Центральной Европе. На максимальной высоте солнца (полуденное солнце), ориентированное, должно находиться в Германии при фиксированной установке (без слежения) оптимальное наклонение на юг страны около 32 °, находиться на севере около 37 градусов. На практике рекомендуется слегка более высокий угол наклона, так как два раза в день (утром и днем) и два раза в год (в мае и июле) система оптимально выравнивается. Поэтому в системах с открытым пространством обычно выбираются такие выравнивания. Хотя средняя солнечная высота, распределенная за год, и, следовательно, теоретически оптимальный наклон может быть рассчитан точно для каждой широты, фактическое излучение находится вдоль одного отдельного из-за различных, в основном, зависимых от местности факторов (например, затенения или особых местных погодных условий). Поскольку зависящая от растения эффективность по отношению к углу падения различна, оптимальная ориентация должна определяться в каждом случае, связанном с сайтом и растением. В этих энергетических исследованиях определяется глобальное излучение на основе местоположения, которое помимо прямого солнечного излучения также включает диффузное излучение, падающее на рассеяние (например, облака) или отражение (например, соседние стены дома или земля).

Удельный выход определяется как ватт-часы на установленную номинальную мощность (Вт / Вт p или кВтч / кВт p) за период и позволяет легко сравнивать системы разных размеров. В Германии с довольно оптимально выровненной постоянно установленной системой на единицу площади 1 кВт, можно ожидать годового выхода около 1000 кВтч, при этом значения колеблются между 900 кВтч в северной Германии и 1150 кВтч на юге Германии.

Монтажные системы для крыш

Крыша с фотогальванической системой для электричества и солнечных коллекторов для производства горячей воды
Системы крепления различают системы крыши и системы крыши. В системе крыши для наклонной крыши фотогальваническая система монтируется на крыше с помощью монтажной рамы. Этот тип установки выбирается чаще всего, потому что его проще всего реализовать для существующих крыш.

В системе с крышей фотоэлектрическая система интегрирована в облицовку крыши и выполняет свои функции, такие как герметизация кровли и защита от атмосферных воздействий. Преимуществом таких систем является визуально привлекательный внешний вид и экономия покрытия крыши, поэтому часто можно компенсировать более высокие затраты на сборку.

Установка на крыше подходит для черепичных крыш и оловянных крыш, сланцевых крыш или гофрированных листов. Если шаг крыши слишком мелкий, специальные крючки могут в некоторой степени компенсировать это. Установка системы на крыше обычно проще и дешевле, чем система с крышей. Система на крыше также обеспечивает достаточную вентиляцию солнечных модулей. Крепежные материалы должны быть защищены от атмосферных воздействий.

Система крыши подходит для ремонта кровли и новых зданий, но не возможна на всех крышах. Плиточные крыши не позволяют устанавливать на крыше, оловянные крыши или битумные крыши. Форма крыши также является решающей. Установка на крыше подходит только для достаточно больших скатных крыш с хорошей ориентацией на солнечную дорожку. В общем, в системах крыши требуются большие углы наклона, чем системы на крыше, чтобы обеспечить достаточный дренаж дождевой воды. Системы крыши формируются с оставшейся крышей закрытой поверхностью и поэтому привлекательны с эстетической точки зрения. Кроме того, система в крыше имеет более высокую механическую устойчивость против снежных и ветровых нагрузок. Тем не менее, охлаждение модулей менее эффективно, чем система крыши, что снижает мощность и дает немного. Температура выше на 1 ° C снижает выход модуля прибл. 0,5%.

КПД
Электрическая эффективность (также называемая эффективностью преобразования) является фактором, способствующим выбору фотогальванической системы. Однако наиболее эффективные солнечные панели обычно являются самыми дорогими и, возможно, не доступны для продажи. Поэтому выбор также обусловлен экономичностью и другими факторами.

Электрический КПД фотоэлемента является физическим свойством, которое представляет собой количество электрической энергии, которую может производить ячейка для данной инсоляции. Основное выражение для максимальной эффективности фотогальванической ячейки определяется отношением выходной мощности к падающей солнечной энергии (площади времен радиационного потока)

Эффективность измеряется в идеальных лабораторных условиях и представляет собой максимальную достижимую эффективность PV-материала. На фактическую эффективность влияют выходные напряжения, ток, температура перехода, интенсивность света и спектр.

Наиболее эффективным типом солнечных элементов на сегодняшний день является многосекционный концентратор солнечных элементов с КПД 46,0%, произведенный Fraunhofer ISE в декабре 2014 года. Наибольшая эффективность, достигнутая без концентрации, включает материал Sharp Corporation на 35,8% с использованием запатентованной тройной -производственная технология производства в 2009 году и Boeing Spectrolab (40,7% также используют трехслойный дизайн). Американская компания SunPower производит ячейки с эффективностью 21,5%, что значительно выше среднего по рынку 12-18%.

производство
В целом производственный процесс создания солнечной фотогальваники прост в том, что он не требует кульминации многих сложных или движущихся частей. Из-за твердотельной природы PV-систем они часто имеют относительно длительный срок службы, от 10 до 30 лет. Чтобы увеличить электрическую мощность системы PV, производитель должен просто добавить больше фотоэлектрических компонентов, и из-за этого экономия от масштаба важна для производителей по мере снижения затрат с увеличением выпуска.

Несмотря на то, что известно, что многие типы фотоэлектрических систем эффективны, в 2013 году на кристаллический кремниевый PV приходилось около 90% мирового производства ПВ. Производство кремниевых фотоэлектрических систем имеет несколько этапов. Во-первых, поликремний обрабатывается из добытого кварца, пока он не станет очень чистым (полупроводящий класс). Это расплавляется, когда небольшие количества бора, элемент группы III, добавляются, чтобы сделать полупроводник p-типа богатым электронными дырами. Обычно с использованием затравочного кристалла слиток этого раствора выращивают из жидкого поликристаллического. Слиток также может быть отлит в форме. Вафли этого полупроводникового материала вырезаются из объемного материала с помощью проволочных пил, а затем проходят поверхностное травление перед очисткой. Затем вафли помещают в печь для осаждения из паровой фазы фосфора, которая содержит очень тонкий слой фосфора, элемент группы V, который создает полупроводниковое покрытие n-типа. Чтобы уменьшить потери энергии, на поверхность добавляется антибликовое покрытие, а также электрические контакты. После окончания ячейки ячейки подключаются по электрической цепи в соответствии с конкретным приложением и подготовлены для транспортировки и установки.

Кристаллические фотоэлектрические фотоэлементы представляют собой только один тип PV, и в то время как они представляют большинство произведенных солнечных элементов, в настоящее время существует много новых и перспективных технологий, которые могут быть расширены для удовлетворения будущих потребностей в энергии.

Другая более новая технология, тонкопленочная фотоэлектрическая пленка, производится путем осаждения полупроводниковых слоев на подложку в вакууме. Подложка часто представляет собой стеклянную или нержавеющую сталь, и эти полупроводниковые слои изготовлены из многих типов материалов, включая теллурид кадмия (CdTe), дизеленид меди индий (CIS), дизеленид меди индийского галлия (CIGS) и аморфный кремний (a-Si ). После осаждения на подложку полупроводниковые слои разделяются и соединяются электрической схемой с помощью лазерного скрайбирования. Тонкопленочные фотогальваники составляют теперь около 20% общего объема производства ПВ из-за снижения требований к материалам и стоимости изготовления модулей, состоящих из тонких пленок, по сравнению с кремниевыми пластинами.

Другие возникающие фотоэлектрические технологии включают в себя органические, сенсибилизированные красителем, квантово-точка и перовскитовые фотогальваники. OPV попадают в тонкопленочную категорию производства и, как правило, работают с диапазоном эффективности 12%, который ниже 12-21%, обычно наблюдаемым на основе PV на основе кремния. Поскольку органические фотовольтаики требуют очень высокой чистоты и являются относительно реактивными, они должны быть инкапсулированы, что значительно увеличивает стоимость изготовления и означает, что они невозможны для крупномасштабного роста. Сенсибилизированные красителем фотоэлектрические элементы схожи по эффективности с ОПВ, но их значительно легче изготавливать. Однако эти сенсибилизированные красителем фотовольтаики представляют проблемы с хранением, поскольку жидкий электролит является токсичным и может потенциально проникать в пластмассы, используемые в ячейке. Квантовые точечные солнечные элементы являются чувствительными к квантовой точке DSSC и являются обработанными решениями, что означает, что они потенциально масштабируемы, но в настоящее время они достигают максимальной эффективности на 12%. Перовскитовые солнечные элементы являются очень эффективным преобразователем солнечной энергии и обладают превосходными оптоэлектрическими свойствами для фотоэлектрических целей, но они дороги и сложны в изготовлении.

Приложения

Фотогальванические системы
Фотоэлектрическая система или солнечная фотоэлектрическая система — это энергосистема, предназначенная для обеспечения полезной солнечной энергии с помощью фотогальваники. Он состоит из нескольких компонентов, в том числе солнечных панелей для поглощения и прямого преобразования солнечного света в электричество, солнечного инвертора для изменения электрического тока от постоянного тока до переменного тока, а также для монтажа, подключения кабелей и других электрических принадлежностей. Системы PV варьируются от небольших, монтируемых на крыше или встроенных систем мощностью от нескольких до нескольких десятков киловатт, до крупных электростанций большой мощности сотен мегаватт. В настоящее время большинство PV-систем связаны с сеткой, в то время как автономные системы составляют лишь небольшую часть рынка.

Встроенные системы крыши и здания
Фотогальванические массивы часто связаны со зданиями: либо встроены в них, либо установлены на них, либо установлены поблизости на земле. Системы PV на крыше чаще всего монтируются в существующие здания, обычно устанавливаемые поверх существующей конструкции крыши или на существующих стенах. В качестве альтернативы, массив может быть расположен отдельно от здания, но подключен кабелем к источнику питания для здания. Строительная интегрированная фотогальваника (BIPV) все чаще включается в крышу или стены новых бытовых и промышленных зданий в качестве основного или вспомогательного источника электроэнергии. Иногда используются черепица с интегрированными фотоэлементами. Если есть открытый зазор, в котором может циркулировать воздух, установленные на крыше солнечные панели могут обеспечить пассивный эффект охлаждения на зданиях в течение дня, а также накапливать накопленное тепло ночью. Как правило, жилые системы на крыше имеют малую мощность около 5-10 кВт, а коммерческие системы крыши часто составляют несколько сотен киловатт. Хотя системы крыши намного меньше, чем наземные электростанции, работающие на общей мощности, они обеспечивают большую часть установленной в мире установленной мощности.

Концентратор фотогальваники
Концентрационная фотогальваника (CPV) — это фотоэлектрическая технология, которая вопреки обычным плоскопараллельным фотоэлектрическим системам использует линзы и изогнутые зеркала для фокусировки солнечного света на небольшие, но высокоэффективные многолучевые (MJ) солнечные элементы. Кроме того, системы CPV часто используют солнечные трекеры, а иногда и систему охлаждения для дальнейшего повышения их эффективности. Текущие исследования и разработки быстро улучшают свою конкурентоспособность в сегменте коммунальных услуг и в районах с высокой солнечной инсоляцией.

Фотогальванический тепловой гибридный солнечный коллектор
Фотоэлектрический тепловой гибридный солнечный коллектор (PVT) — это системы, которые преобразуют солнечную радиацию в тепловую и электрическую энергию. Эти системы объединяют солнечный фотоэлемент, который преобразует солнечный свет в электричество, с солнечным тепловым коллектором, который захватывает оставшуюся энергию и удаляет отработанное тепло от модуля PV. Улавливание как электричества, так и тепла позволяет этим устройствам иметь более высокий уровень эксергии и, таким образом, более экономично, чем солнечная фотоэлектрическая или солнечная тепловая энергия.

Электростанции
Во всем мире были построены многие солнечные фермы, основанные на коммунальных услугах. С 2015 года солнечная звезда мощностью 579 мегаватт (MWAC) является крупнейшей в мире фотоэлектрической электростанцией, за которой следуют солнечная ферма Desert Sunlight и солнечная ферма Топаз, мощностью 550 МВт, построенная американской компанией First Solar, используя модули CdTe, тонкопленочную PV-технологию. Все три электростанции расположены в калифорнийской пустыне. Многие солнечные фермы по всему миру интегрированы с сельским хозяйством, а некоторые используют инновационные системы солнечного слежения, которые следуют дневному пути солнца по небу, чтобы генерировать больше электроэнергии, чем обычные стационарные системы. Во время эксплуатации электростанций нет затрат топлива или выбросов.

Электрификация сельских районов
Развивающиеся страны, в которых многие деревни часто находятся на расстоянии более пяти километров от электросети, все чаще используют фотогальванику. В отдаленных районах Индии программа освещения в сельской местности обеспечивает освещение светодиодов на солнечной энергии для замены керосиновых ламп. Лампы на солнечной энергии были проданы примерно за несколько месяцев поставки керосина. Куба работает над обеспечением солнечной энергии для районов, которые находятся вне сети. Более сложные приложения использования солнечной энергии вне сети включают в себя 3D-принтеры. 3D-принтеры RepRap оснащены солнечной батареей с фотоэлектрической технологией, которая позволяет распределенное производство для устойчивого развития. Это те области, где социальные издержки и выгоды дают прекрасную возможность для солнечной энергетики, хотя отсутствие прибыльности отбросило такие усилия для гуманитарных усилий. Однако в 1995 году солнечные проекты по электрификации сельских районов оказались трудными для поддержания из-за неблагоприятной экономики, отсутствия технической поддержки и наследия скрытых мотивов передачи технологии «север-юг».

Автономные системы
До тех пор, пока десять лет назад PV часто использовалась для питания калькуляторов и устройств новизны. Улучшения в интегральных схемах и жидкокристаллических дисплеях с низким энергопотреблением позволяют в течение нескольких лет приводить в действие такие устройства между заменами батареи, что делает использование PV менее распространенным. Напротив, удаленные стационарные устройства с солнечной батареей в последнее время все чаще используются в местах, где значительная стоимость подключения делает сеть крайне непостоянной. Такие приложения включают солнечные лампы, водяные насосы, парковочные счетчики, аварийные телефоны, мусороуборочные комбайны, временные дорожные знаки, зарядные станции и удаленные охранные стойки и сигналы.

Floatovoltaics
В мае 2008 года Винный завод Far Niente в Оквилле, Калифорния, впервые в мире выпустил «плаватоэлектрическую» систему, установив 994 фотоэлектрических солнечных батарей на 130 понтонов и плавая на оросительном водоеме винодельни. Плавающая система генерирует около 477 кВт пиковой мощности и в сочетании с массивом ячеек, расположенных рядом с прудом, способна полностью компенсировать потребление электроэнергии на винодельне. Основное преимущество плаватоэлектрической системы состоит в том, что она избегает необходимости жертвовать ценным земельным участком, который может быть использован для другой цели. В случае с Винным заводом Far Niente плавающая система сэкономила три четверти акров, которые потребовались бы для наземной системы. Вместо этого эту землю можно использовать для сельского хозяйства. Другим преимуществом плаватоэлектрической системы является то, что панели сохраняются при более низкой температуре, чем на суше, что приводит к более высокой эффективности преобразования солнечной энергии. Плавающие панели также уменьшают количество воды, теряемой при испарении, и препятствуют росту водорослей.

В транспорте
PV традиционно используется для электроэнергии в космосе. PV редко используется для обеспечения движущей силы в транспортных применениях, но все чаще используется для обеспечения дополнительной мощности на лодках и автомобилях. Некоторые автомобили оснащены солнечной системой кондиционирования воздуха для ограничения внутренних температур в жаркие дни. Автономное солнечное транспортное средство будет иметь ограниченную мощность и полезность, но электрическое транспортное средство с солнечной батареей позволяет использовать солнечную энергию для транспортировки. Были продемонстрированы автомобили на солнечных батареях, лодки и самолеты, причем наиболее практичными и вероятными из них являются солнечные автомобили. Швейцарский солнечный самолет Solar Impulse 2 обеспечил самый длинный беспосадочный сольный полет в истории и планирует совершить первую солнечную кругосветку на солнечной энергии в 2015 году.

Телекоммуникации и сигнализация
Солнечная энергия PV идеально подходит для телекоммуникационных приложений, таких как местная телефонная станция, радио- и телевещание, микроволновая печь и другие формы электронных линий связи. Это связано с тем, что в большинстве телекоммуникационных приложений уже используются аккумуляторные батареи, а электрическая система — в основном DC. В холмистой и горной местности радио и телевизионные сигналы могут не доходить, поскольку они блокируются или отражаются обратно из-за волнообразной местности. В этих местах установлены низкомощные передатчики (LPT) для приема и повторной передачи сигнала для местного населения.

Космические аппараты
Панели солнечных батарей на космических аппаратах обычно являются единственным источником энергии для запуска датчиков, активного нагрева и охлаждения и связи. Аккумулятор сохраняет эту энергию для использования, когда солнечные панели находятся в тени. В некоторых случаях мощность также используется для двигателей с двигателем-электрическим двигателем. Космический корабль был одним из ранних применений фотогальваники, начиная с кремниевых солнечных элементов, используемых на спутнике Vanguard 1, запущенного США в 1958 году. С тех пор солнечная энергия использовалась в миссиях, начиная от зонда MESSENGER и Mercury, до далеко в Солнечной системе, как зонд Юноны к Юпитеру. Самая большая солнечная энергетическая система, пролетевшая в космосе, — это электрическая система Международной космической станции. Чтобы увеличить мощность, вырабатываемую за килограмм, типичные солнечные батареи космических аппаратов используют дорогостоящие, высокоэффективные и плотноупакованные прямоугольные многолучевые солнечные элементы из арсенида галлия (GaAs) и других полупроводниковых материалов.

Специальные энергетические системы
Фотовольтаики также могут быть включены в качестве устройств преобразования энергии для объектов при повышенных температурах и с предпочтительными излучательными излучениями, такими как гетерогенные камеры сгорания.

преимущества
122 PW солнечного света, достигающего поверхности Земли, обильно — почти в 10 000 раз больше, чем 13 TW эквивалент средней мощности, потребляемой в 2005 году людьми. Это изобилие приводит к предположению, что недолго, пока солнечная энергия не станет основным источником энергии в мире. Кроме того, солнечная электрическая генерация имеет наивысшую плотность мощности (глобальное среднее значение 170 Вт / м2) среди возобновляемых источников энергии.

Солнечная энергия не загрязняет окружающую среду во время использования, что позволяет ей сокращать загрязнение, когда оно заменяется другими источниками энергии. Например, Массачусетский технологический институт подсчитал, что 52 000 человек в год умирают преждевременно в США от загрязнения угольной электростанции, и все, кроме одной из этих смертей, могут быть предотвращены от использования PV для замены угля. Конечные отходы производства и выбросы могут управляться с использованием существующих мер контроля загрязнения. В настоящее время разрабатываются технологии рециркуляции в конце использования и разрабатываются стратегии, которые поощряют рециркуляцию от производителей.

Установка PV может работать в течение 100 лет или даже больше с небольшим обслуживанием или вмешательством после их первоначальной настройки, поэтому после первоначальной капитальной стоимости строительства любой солнечной электростанции эксплуатационные расходы чрезвычайно низки по сравнению с существующими энергетическими технологиями.

Солнечное электричество, подключенное к сети, может использоваться локально, что снижает потери при передаче / распределении (потери передачи в США в 1995 году составляли примерно 7,2%).

По сравнению с ископаемыми и ядерными источниками энергии в разработку солнечных батарей вкладывается очень мало исследовательских денег, поэтому есть значительные возможности для улучшения. Тем не менее экспериментальные высокоэффективные солнечные элементы уже имеют эффективность более 40% в случае концентрации фотогальванических элементов, а эффективность быстро растет, а затраты на массовое производство быстро падают.

В некоторых штатах США большая часть инвестиций в систему, смонтированную на дому, может быть потеряна, если хозяин хозяина движется, а покупатель ставит меньше стоимости в системе, чем продавец. Город Беркли разработал инновационный метод финансирования, чтобы устранить это ограничение, добавив налоговую оценку, которая передается домой для оплаты солнечных батарей. Теперь, известная как PACE, Property Assessed Clean Energy, 30 штатов США дублировали это решение.

Есть свидетельства, по крайней мере, в Калифорнии, что наличие солнечной системы, смонтированной на дому, может фактически увеличить стоимость дома. Согласно статье, опубликованной в апреле 2011 года Национальной лабораторией Эрнеста Орландо Лоуренса Беркли под названием «Анализ воздействия жилых фотоэлектрических энергетических систем на цены на внутренние продажи в Калифорнии:

Исследование находит убедительные доказательства того, что дома с PV-системами в Калифорнии продаются за премию за сопоставимые дома без PV-систем. Более конкретно, оценки средних премий PV варьируются от примерно 3,9 до 6,4 долл. США за установленный ватт (DC) среди большого числа различных спецификаций моделей, причем большинство моделей объединяются около 5,5 долл. / Ватт. Это значение соответствует премии в размере приблизительно 17 000 долл. США для относительно новой системы фотоэлектричества мощностью 3100 ватт (средний размер PV-систем в исследовании).
Ограничения

Загрязнение и энергия в производстве
PV был широко известным методом получения чистого, безэлектродного электричества. Фотоэлектрические системы часто изготавливаются из PV-модулей и инвертора (изменение постоянного тока на переменный ток). PV-модули в основном изготовлены из фотоэлементов, которые не имеют принципиального отличия от материала для изготовления компьютерных чипов. Процесс производства PV-клеток (компьютерных чипов) является энергоемким и включает в себя высокотоксичные и токсичные химические вещества. Во всем мире существует несколько заводов по производству PV, которые производят PV-модули с энергией, производимой из PV. Эта мера значительно снижает углеродный след во время производственного процесса. Управление химическими веществами, используемыми в производственном процессе, регулируется местными законами и правилами завода.

Влияние на электрическую сеть
С увеличением уровня фотоэлектрических систем на крыше поток энергии становится двухсторонним. Когда есть больше местного поколения, чем потребление, электричество экспортируется в сетку. Однако электрическая сеть традиционно не предназначена для решения двухсторонней передачи энергии. Поэтому могут возникнуть некоторые технические проблемы. Например, в Квинсленде, Австралия, к концу 2017 года насчитывалось более 30% домашних хозяйств с крышей PV. Знаменитая калифорнийская кривая утки 2020 часто появляется для многих общин с 2015 года. Проблема перенапряжения может возникать по мере того, как электричество течет из этих домашних хозяйств PV обратно в сеть. Существуют решения для решения проблемы избыточного напряжения, такие как регулирование коэффициента мощности инвертора PV, новое оборудование для управления напряжением и энергией на уровне распределителя электроэнергии, повторный проводник электрических проводов, управление спросом и т. Д. Часто существуют ограничения и издержки, связанные с эти решения.

Влияние на управление спросом на электроэнергию и энергетические инвестиции
В энергетическом или энергетическом спросе и управлении счетами нет серебряной пули, потому что клиенты (сайты) имеют разные конкретные ситуации, например, различные потребности в комфорте / комфорте, различные тарифы на электроэнергию или различные схемы использования. Тариф на электроэнергию может иметь несколько элементов, таких как ежедневный доступ и плата за дозатор, заряд энергии (на основе кВтч, МВт-ч) или пиковый спрос (например, цена на самое высокое 30-минутное потребление энергии в месяц). PV является перспективным вариантом снижения энергозатрат, когда цена на электроэнергию достаточно высока и постоянно растет, например, в Австралии и Германии. Однако для сайтов с пиковой нагрузкой на потребление PV может быть менее привлекательным, если пиковые потребности в основном происходят в конце дня до раннего вечера, например, в жилых сообществах. В целом, инвестиции в энергетику в значительной степени являются экономическим решением, и лучше принимать инвестиционные решения на основе систематической оценки вариантов оперативного улучшения, энергоэффективности, генерации и хранения энергии на месте.