1. Mkondo wa sasa hali sekta ya nishati ya jua (photovoltaic)

1.1 Ukuaji wa Haraka wa Soko la Kimataifa la Photovoltaic

Katika miaka ya hivi karibuni, tasnia ya voltaiki ya kimataifa imeshuhudia ukuaji mkubwa. Kulingana na data kutoka kwa Shirika la Nishati la Kimataifa (IEA), mnamo 2023, uwezo mpya wa kimataifa wa nguvu ya voltaiki iliyosakinishwa ulizidi 350 GW, na uwezo wa jumla uliosakinishwa ulizidi 1.5 TW. Nchi na maeneo kama vile Uchina, Marekani, Ulaya, na India yamekuwa nguvu kuu zinazoendesha soko la voltaiki ya jua.

- Uchina: Kama soko kubwa zaidi la nishati ya jua duniani, Uchina iliongeza zaidi ya 200 GW ya uwezo wa nishati ya jua mnamo 2023, ikichangia zaidi ya 57% ya uwezo mpya uliowekwa duniani. Usaidizi wa sera za serikali, maendeleo ya kiteknolojia, na upunguzaji wa gharama ni mambo muhimu yanayoendesha maendeleo ya tasnia ya nishati ya jua ya China.

- Ulaya: Ikiathiriwa na mzozo wa Urusi na Ukraine, Ulaya iliharakisha mpito wake wa nishati. Mnamo 2023, uwezo mpya wa nishati ya jua uliowekwa ulizidi GW 60, huku ukuaji mkubwa ukiongezeka katika nchi kama vile Ujerumani, Uhispania, na Uholanzi.

- Marekani: Ikihimizwa na Sheria ya Kupunguza Mfumuko wa Bei (IRA), soko la umeme wa jua la Marekani liliendelea kukua, likiwa na uwezo mpya wa takriban GW 40 mwaka wa 2023.

- India: Serikali ya India inakuza kwa nguvu zote maendeleo ya nishati mbadala. Mnamo 2023, uwezo mpya wa nishati mbadala ya jua uliowekwa ulizidi GW 20, kwa lengo la kufikia GW 500 za uwezo wa nishati mbadala uliowekwa ifikapo mwaka wa 2030.

1.2Maendeleo endelevu katika teknolojia ya photovoltaic

Ubunifu endelevu katika teknolojia ya photovoltaic umesababisha kuongezeka kwa ufanisi na kupunguza gharama katika uzalishaji wa umeme wa jua:

- Teknolojia za betri zenye ufanisi mkubwa kama vile PERC, TOPCon, na HJT: Seli za PERC (Emitter Passivated na Rear Contact) zinabaki kuwa maarufu, lakini teknolojia za TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) na HJT (Heterojunction) zinapanua soko lao polepole kutokana na ufanisi wao mkubwa wa ubadilishaji (>24%).

- Seli za jua za Perovskite: Kama teknolojia ya kizazi kijacho cha fotovoltaic, seli za perovskite zimefikia ufanisi wa maabara zaidi ya 33% na zinatarajiwa kuwa na faida kibiashara katika siku zijazo.

- Moduli za pande mbili na viambatisho vya ufuatiliaji: Moduli za pande mbili zinaweza kuongeza uzalishaji wa umeme kwa 10% hadi 20%, huku viambatisho vya ufuatiliaji vikiboresha pembe ya mwanga wa jua, na kuongeza ufanisi wa mfumo.

1.3Ya Gharama ya uzalishaji wa umeme wa photovoltaic inaendelea kupungua

Katika muongo mmoja uliopita, gharama ya uzalishaji wa umeme wa photovoltaic imeshuka kwa zaidi ya 80%. Kulingana na IRENA (Shirika la Kimataifa la Nishati Mbadala), gharama ya umeme iliyosawazishwa kimataifa (LCOE) kwa umeme wa photovoltaic mwaka wa 2023 imeshuka hadi dola za Marekani 0.03 - 0.05 kwa kWh, chini kuliko ile ya uzalishaji wa umeme wa makaa ya mawe na gesi asilia, na kuifanya kuwa mojawapo ya vyanzo vya nishati vyenye ushindani zaidi.

1.4 Maendeleo yaliyoratibiwa ya uhifadhi wa nishati na photovoltaic

Kutokana na hali ya uzalishaji wa umeme wa photovoltaic unaoendelea kwa vipindi, matumizi ya mifumo ya kuhifadhi nishati (kama vile betri za lithiamu, betri za sodiamu-ion, betri za mtiririko, n.k.) kwa pamoja yamekuwa mtindo. Mnamo 2023, uwezo mpya wa miradi ya kuhifadhi nishati ya photovoltaic pamoja na nishati duniani ulizidi 30 GW, na inatarajiwa kudumisha kiwango cha juu cha ukuaji katika muongo mmoja ujao.

2. Ya umuhimu ya tasnia ya fotovoltaiki

2.1 Kushughulikia hali ya hewa mabadiliko na kukuza malengo ya kutotoa hewa chafu

Nchi kote ulimwenguni zinaharakisha mpito wao wa nishati ili kupunguza uzalishaji wa gesi chafu. Nishati ya jua, kama sehemu muhimu ya nishati safi, ina jukumu muhimu katika kufikia lengo la "kutokuwepo kwa kaboni". Kulingana na Mkataba wa Paris, ifikapo mwaka wa 2030, sehemu ya kimataifa ya nishati mbadala inahitaji kufikia zaidi ya 40%, na nishati ya jua itakuwa moja ya vyanzo vikuu vya nishati.

2.2 Usalama wa nishati na uhuru

Vyanzo vya nishati vya jadi (kama vile mafuta na gesi asilia) huathiriwa sana na siasa za kijiografia, huku rasilimali za nishati ya jua zikisambazwa sana na zinaweza kupunguza utegemezi wa nishati inayoagizwa kutoka nje. Kwa mfano, Ulaya imepunguza mahitaji yake ya gesi asilia ya Urusi kwa kupeleka mitambo mikubwa ya umeme wa photovoltaic, na hivyo kuongeza uhuru wake wa nishati.

2.3 Kukuza ukuaji wa uchumi na ajira

Msururu wa tasnia ya voltaiki unajumuisha viungo vingi kama vile vifaa vya silicon, wafer za silicon, betri, moduli, inverters, mabano, na hifadhi ya nishati, ambazo zimeunda mamilioni ya ajira duniani kote. Wafanyakazi wa moja kwa moja katika tasnia ya voltaiki ya China wanazidi milioni 3, na viwanda vya voltaiki barani Ulaya na Marekani pia vinapanuka kwa kasi.

2.4 Usambazaji umeme vijijini na kupunguza umaskini

Katika nchi zinazoendelea, gridi ndogo za voltaiki na mifumo ya jua ya kaya hutoa umeme kwa maeneo ya mbali na kuboresha hali ya maisha ya wakazi. Kwa mfano, "Mifumo ya Nyumbani ya Jua" barani Afrika imewasaidia makumi ya mamilioni ya watu kutoroka kutoka katika hali ya kutokuwa na umeme.

3.Umuhimu wa kifaa cha ulinzi dhidi ya mawimbi (SPD) katika mfumo wa photovoltaic

3.1 Mgomo wa radi na hatari za mawimbi yanayokabiliwa na mifumo ya volteji ya mwanga

Vituo vya umeme vya photovoltaic kwa kawaida huwekwa katika maeneo ya wazi (kama vile jangwa, paa, na milima), na viko katika hatari kubwa ya kupigwa na radi na athari za overvoltage. Hatari kuu ni pamoja na:

- Mgomo wa moja kwa moja wa radi: Mgomo wa moja kwa moja kwenye moduli au vifaa vya volteji ya mwanga, na kusababisha uharibifu wa vifaa.

- Radi inayosababishwa: Mpasuko wa sumakuumeme kutoka kwa radi husababisha volteji nyingi kwenye nyaya, na kuharibu vifaa vya kielektroniki kama vile vibadilishaji umeme na vidhibiti.

- Kubadilika kwa gridi: Vipimo vya juu vya volteji vya uendeshaji upande wa gridi (kama vile vitendo vya swichi, hitilafu za mzunguko mfupi) vinaweza kupitishwa kwenye mfumo wa fotovoltaiki.

3.2 Kazi ya Kifaa cha Kulinda Upepo (SPD)

Vilindaji vya mawimbi ni vifaa muhimu vya ulinzi wa radi na ulinzi wa volteji kupita kiasi katika mifumo ya photovoltaic. Kazi zao kuu ni pamoja na:

- Kupunguza overvoltages za muda mfupi: Kudhibiti volteji za juu zinazotokana na mipigo ya radi au mabadiliko ya gridi ndani ya safu salama.

- Kutoa mikondo ya mawimbi: Kuelekeza mikondo mingi ardhini haraka ili kulinda vifaa vya chini ya mto.

- Kuimarisha uaminifu wa mfumo: Kupunguza hitilafu za vifaa na muda wa kutofanya kazi unaosababishwa na milio ya radi au mawimbi.

3.3 Matumizi ya SPD katika mifumo ya fotovoltaiki

Ulinzi wa mawimbi kwa mifumo ya photovoltaic unapaswa kubuniwa katika viwango vingi:

- Ulinzi upande wa DC (kutoka moduli za photovoltaic hadi inverter):

- Sakinisha SPD ya Aina ya II kwenye mwisho wa ingizo la kamba ili kuzuia radi inayosababishwa na overvoltage zinazofanya kazi.

- Sakinisha Aina ya I + II SPD kwenye ncha ya pembejeo ya DC ya kibadilishaji umeme ili kushughulikia tishio la pamoja la radi ya moja kwa moja na inayosababishwa.

- Ulinzi upande wa AC (kutoka kwa inverter hadi gridi):

- Sakinisha SPD ya Aina ya II kwenye mwisho wa towe wa kibadilishaji umeme ili kuzuia uvamizi wa volteji kupita kiasi upande wa gridi.

- Sakinisha SPD ya Aina ya III kwenye kabati la usambazaji ili kutoa ulinzi sahihi kwa vifaa nyeti.

3.4 Mambo muhimu ya kuchagua vizuizi vya mawimbi

- Ulinganisho wa kiwango cha volteji: Volti ya juu zaidi ya uendeshaji endelevu (Uc) ya SPD lazima iwe juu kuliko volteji ya mfumo (kwa mfano, mfumo wa volteji ya 1000Vdc unahitaji SPD yenye Uc ≥ 1200V).

- Uwezo wa Mkondo: Mkondo wa kawaida wa kutokwa (In) wa upande wa DC SPD unapaswa kuwa ≥ 20kA, na mkondo wa juu zaidi wa kutokwa (Imax) unapaswa kuwa ≥ 40kA.

- Kiwango cha Ulinzi: Usakinishaji wa nje lazima ukidhi ulinzi wa IP65 au zaidi, unaofaa kwa mazingira magumu.

- Viwango vya uidhinishaji: Vinazingatia IEC 61643-31 (kiwango cha SPD maalum za photovoltaic) na UL 1449 na vyeti vingine vya kimataifa.

3.5 Hatari zinazowezekana za kutosakinisha SPD

- Uharibifu wa vifaa: Vifaa vya kielektroniki vya usahihi kama vile inverters na mifumo ya ufuatiliaji viko katika hatari ya kuathiriwa na ongezeko la athari na gharama za ukarabati ni kubwa.

- Upotevu wa uzalishaji wa umeme: Milio ya radi husababisha kufungwa kwa mifumo, na kuathiri faida ya uzalishaji wa umeme.

- Hatari ya moto: Upepo mkali unaweza kusababisha moto wa umeme, na kusababisha tishio kwa usalama wa kituo cha umeme.

4. Kimataifa Mitindo ya Soko la Mlinzi wa PV Surge

4.1 Ukuaji wa Mahitaji ya Soko

Kwa ongezeko la kasi la uwezo wa usakinishaji wa volteji ya mwanga, soko la walinzi wa mawimbi pia limepanuka kwa wakati mmoja. Inakadiriwa kuwa ukubwa wa soko la kimataifa la volteji ya mwanga ya SPD utazidi dola bilioni 2 za Marekani ifikapo mwaka 2025, huku kiwango cha ukuaji wa mwaka kikiwa cha 15%.

4.2 Mwelekeo wa uvumbuzi wa kiteknolojia

- SPD Akili: Imewekwa na kazi za ufuatiliaji wa sasa na kengele ya hitilafu, na inasaidia uendeshaji wa mbali.

- Viwango vya juu vya volteji: SPD zenye ukadiriaji wa juu wa volteji (kama vile 1500V) zimekuwa maarufu.

- Muda mrefu wa matumizi: Kutumia vifaa vipya nyeti (kama vile teknolojia ya mchanganyiko wa oksidi ya zinki), kuongeza uimara wa SPD.

4.3 Sera na Ukuzaji wa Kawaida

- Viwango vya kimataifa kama vile IEC 62305 (Kiwango cha Ulinzi wa Umeme) na IEC 61643-31 (Kiwango cha SPD cha Photovoltaic) vinaamuru kwamba mifumo ya photovoltaic iwe na vifaa vya ulinzi wa mawimbi.

- "Vipimo vya Kiufundi vya Ulinzi wa Umeme wa Vituo vya Umeme vya Photovoltaic" (GB/T 32512-2016) nchini China vinaelezea wazi mahitaji ya uteuzi na usakinishaji wa SPD.

5.Hitimisho: Sekta ya photovoltaic haiwezi kuishi bila walinzi wa mawimbi

Maendeleo ya haraka ya tasnia ya voltaiki yameingiza msukumo mkubwa katika mpito wa nishati duniani. Hata hivyo, milio ya radi na hatari za mawimbi hayawezi kupuuzwa. Vilinda vya mawimbi, kama dhamana muhimu ya uendeshaji salama wa mifumo ya voltaiki, vinaweza kupunguza kwa ufanisi hatari ya uharibifu wa vifaa, kuboresha ufanisi wa uzalishaji wa umeme, na kupanua maisha ya mfumo. Katika siku zijazo, pamoja na ukuaji endelevu wa mitambo ya voltaiki na maendeleo ya gridi mahiri, SPD zenye utendaji wa juu na zinazoaminika sana zitakuwa vipengele muhimu vya vituo vya umeme vya voltaiki.

Kwa wawekezaji wa fotovoltaiki, kampuni za EPC na timu za uendeshaji na matengenezo, kuchagua vilindaji vya mawimbi vya ubora wa juu vinavyokidhi viwango vya kimataifa ni hatua muhimu ili kuhakikisha uendeshaji thabiti wa kituo cha umeme kwa muda mrefu na kuongeza faida ya uwekezaji.