Energia solara fotovoltaica

0
571

Antoine Becquerel a descoperit in 1839 posibilitatea generarii unui curent electric in circuit sub actiunea luminii. In 1935 Frenkel si Landau au dat explicatii asupra fenomenului.

Conversia radiatiei solare in energie electrica prin efectul fotovoltaic se realizeaza in celule solare direct, fara etape intermediare de transformare in caldura.

Domenii de aplicatii:

  • generatoare de mica putere (calculatoare de buzunar, radio portabile, etc.)
  • generatoare locale de putere medie (vehicule electrice, aparate electrocasnice)
  • generatoare de mare putere (pentru alimentarea retelei de curent alternativ)

Tipuri de celule fotovoltaice

tipuri de celule fotovoltaiceIn functie de starea cristalina se deosebesc urmatoarele tipuri de celule de siliciu:

  • monocristaline
  • policristaline
  • amorfe
  • microcristaline
  • celule solare tandem

Celule monocristaline

Celulele rezulta din asa numitele Wafer (placi de siliciu dintr-un cristal). Aceste cristale reprezinta materia de baza pentru industria de semiconductori si sunt destul de scumpe.

Celule policristaline

Celulele se realizeaza din placi, care contin zone cu cristale cu orientari diferite. Acestea pot fi fabricate de exemplu prin procedeul de turnare, sunt mai ieftine si ca atare sunt cele mai raspandite in productia de panouri fotovoltaice. Deseori ele se numesc si celule solare policristaline.

Celule amorfe

Celulele solare constau dintr-un strat subtire de siliciu amorf (fara cristalizare). Din aceasta cauza se numesc celule cu strat subtire.

Se pot produce de exemplu prin procedeul de condensare de vapori de siliciu si sunt foarte ieftine, dar au un randament scazut in spectru de lumina solara, totusi au avantaje la lumina slaba.

Celule microcristaline

Sunt celule cu strat subtire cu structura microcristaline. Au un randament mai bun decat celulele amorfe si nu au un strat atat de gros ca cele policristaline.

Celule solare tandem

Sunt straturi de celule solare suprapuse, de obicei o combinatie de straturi policristaline si amorfe. Straturile sunt din materiale diferite si astfel acordate pe domenii diferite de lungimi de unda a luminii.

Prin utilizarea unui spectru mai larg din lumina solara, aceste celule au un randament mai mare decat celulele solare simple.

Se utilizeaza partial la fabricarea de panouri solare dar sunt relativ scumpe.

Pentru fabricarea de celule solare este foarte importanta puritatea placii de siliciu in toata masa ei pentru a asigura o cat mai mare durata de viata pentru purtatorii de sarcina.

Cu toate ca procesul de productie a siliciului pur este energofag, energia consumata la fabricarea celulelor solare, in functie de tehnologia utilizata, se poate recupera in 2 pana la 7 ani.

Daca se ia in considerare ca durata de viata a panourilor solare este de peste 20 de ani, bilantul energetic rezultat este pozitiv.

Dimensionarea unui sistem fotovoltaic

Principiul general care sta la baza dimensionarii sistemului de panouri fotovoltaice este urmatorul: pastrarea continua a echilibrului dintre energia produsa de panourile fotovoltaice si energia consumata de utilizator.

Acest echilibru se realizeaza pentru o perioada definita, de obicei o zi sau o luna.

Dimensionarea unui sistem fotovoltaic presupune parcurgerea urmatoarelor etape principale:

  1. Calculul radiatiei solare disponibile pe suprafata modulului fotovoltaic.
  2. Calculul consumului diurn de energie electrica
  3. Calculul cantitatii de energie electrica care trebuie produsa de panourile fotovoltaice.
  4. Calculul puterii critice a modulului fotovoltaic si alegerea acestuia.
  5. Calculul capacitatii acumulatoarelor si alegerea acestora.
  6. Verificarea echilibrului consumului si producerii de energie electrica.

Randamentul celulelor solare

Randamentul celulelor solare comerciale este de cca. 20%, iar modulele construite cu acestea ating un randament de cca. 17%.

Material Randament Durata de viata Costuri
Siliciu amorf 5 - 10 % < 20 ani
Siliciu policristalin 10 - 15 % 25 - 30 ani 5 EURO/W
Siliciu monocristalin 15 - 20 % 25 - 30 ani 10 EURO/W
Arseniura de galiu (monostrat) 15 - 20 %
Arseniura de galiu (doua straturi) 20 %
Arseniura de galiu (trei straturi) 30 % > 20 ani 20 EURO/W

Factorii de care depinde eficienta celulei solare

O celula fotovoltaica transforma doar o parte din energia radianta in energie electrica, restul se pierde ca urmare a unei serii de procese care se petrec in timpul conversiei:

  • procese care intervin cand energia este sub forma de radiatie (pierderi de radiatie);
  • procese care intervin dupa ce energia radianta a fost transferata semiconductorului.

Astfel, pentru fiecare proces, se poate defini o “eficienta partiala”. In acest mod eficienta celulei rezulta ca un produs al tuturor “eficientelor partiale”:

  • patrunderea luminii prin suprafata;
  • absorbtia incompleta;
  • generarea purtatorilor;
  • pierderi de curent datorate recombinarii;
  • pierderi de tensiune.

Jumatate din energia absorbita de la soare se pierde sub forma de caldura. Aceasta pierdere face ca maximul de eficienta a celulelor fotovoltaice sa fie in jur de 25%.

O celula solara consta din doua sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai intalnit fiind siliciul.

Aceste straturi au o grosime cuprinsa intre 0,001 si 0,2 mm si sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma jonctiuni “p” si “n”.

Cand stratul de siliciu este expus la lumina se va produce o agitatie a electronilor din material si va fi generat un curent electric.

Celulele fotovoltaice au de obicei o suprafata foarte mica. Curentul generat de o singura celula este mic dar realizandu-se combinatii serie, paralel ale acestor celule se pot produce curenti suficient de mari pentru a putea fi utilizati.

Pentru aceasta, celulele sunt incapsulate in panouri care le ofera rezistenta mecanica si la intemperii.

Celulele solare pe baza de materiale semiconductoare utilizate pentru producerea de energie electrica sunt legate in module.

Pe un modul se afla mai multe randuri de celule solare conectate in serie intre ele pe fata si pe reversul modulului permitand, datorita tensiunii insumate, utilizarea unor conductori cu sectiune mai mica decat la legarea in paralel.

Celulele isi datoreaza culoarea albastra realizarii unei grosimi care corespunde lungimii de unda a culorii rosii, culoarea cea mai bine absorbita de siliciu.

In principiu insa se pot realiza celule rosii, galbene sau verzi, insa vor avea un randament mai slab.

STIATI CA:

in spatiu constanta solara este mai mare decat iluminarea globala pe pamant dar celulele solare imbatranesc mai repede. Panourile pentru sateliti ating un randament de 25% la o durata de viata de 15 ani.

Dacă ți-a fost util acest articol, poți lasa un vot

LĂSAȚI UN MESAJ

Please enter your comment!
Please enter your name here

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.