SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIEBATERIA SOLARA

Introducere: Prezentare general efectul fotovoltaic

Efectul de apariie a unei tensiuni electromotoare, sub aciunea energiei solare, denumit efectfotovoltaic, a fost descoperit de fizicianul francez Alexandre-Edmond Becquerel, n anul 1839.Denumirea acestui efect provine din grecescul phos, care nseamn lumin i din numele fizicianului Allesandro Volta, realizatorul primei baterii electrice din lume. Efectul fotovoltaic este datorat eliberrii de sarcini electrice negative (electroni) i pozitive (goluri), ntr-un material solid, atunci cnd suprafaa acestuia interacioneaz cu lumina. Datorit polarizrii electrice a materialului respectiv, care se produce sub aciunea luminii, apare o tensiune electromotoare, care poate genera curent electric ntr-un circuit nchis. Dispozitivele care funcioneaz pe baza acestui fenomen, sunt denumite celule fotovoltaice, sau celule electrice solare. Pentru a permite furnizarea unei puteri elctrice rezonabile, celulele fotovoltaice nu funcioneaz individual ci legate n serie ntr-un mumr mai mare, alctuind panouri fotovoltaice, sau panouri electrice solare (a nu se confunda cu panourile solare pentru producerea energiei termice, denumite i colectori solari sau panouri solare termice).Celulele fotovoltaice pot fi realizate din mai multe materiale semiconductoare, dar peste 95%din celulele solare sunt realizate din siliciu (Si), care este al doilea element chimic cel mai rspndit n scoara terestr, reprezentnd cca. 25% din aceasta, deci este disponibil n cantiti suficiente, fiind astfel i ieftin. n plus, procesele de prelucrare a acestui material nu sunt agresive pentru mediul ambiant.Cnd lumina soarelui este absorbit de aceste materiale,energia solar este convertit cu participarea particulelor subatomice, i fluxul dirijat de electroni ce ia natere, reprezint electricitate. Acest proces de conversie a energiei luminii n energie electric se numete efect fotovoltaic. De aceea, celulele fotovoltaice nu trebuiesc confundate cu alte sisteme de conversie ale energiei solare. Ele sunt notate cu simbolul PV.Panourile solare fotovoltaice sunt, de obicei, structuri de celule fotovoltaice elementare grupate n module, care conin aproximativ 40 de celule. Un numr mai mare din aceste module pot forma uniti suprafaiale de civa metri ptrai. Aceste panouri sunt plate i pot fi montate sub un unghi de expunere ctre sud, fix, sau pot fi montate pe un dispozitiv autoreglabil de urmrire a soarelui, care s le permit s capteze lumina soarelui n decursul unei ntregi zile.Performana unei celule fotovoltaice este msurat dup intensitatea curentului electric produs de ea. Din acest motiv panourile solare fotovoltaice au n cel mai buna caz o eficien de 15%. O eficien att de mic a unui panou conduce la un numr mare de panouri necesare i deci nseamn costuri mai mari. mbuntirea celulelor solare este principalul obiectiv actual i de viitor al industriei fotovoltaice pentru mbuntirea randamentului. Primele celule fotovoltaice aveau 4% eficien i au fost produse n anul 1950. Astzi a treia generaie de panouri fotovoltaice conin celule cu o eficien de 20% i se pare c n civa ani aceasta s creasc.

o Cap 1 Materiale utilizate in constructia bateriilor fotovoltaicen prezent, pentru fabricarea celulelor solare sunt folosite materiale precum siliconul monocristalin, siliconul policristalin, siliconul amorf, cadmiu-teluriu i seleniura de cupru-indiu.Celulele fotovoltaice comercializate in prezent sunt compuse din materiale anorganice, cum este siliciul.Siliconul cristalinDe departe cel mai folosit material compact pentru confecionarea celulelor solare este siliconul cristalin, cunoscut i sub denumirea de silicon de clas solar. Siliconul compact este separat n multiple categorii n funcie de cristalinitatea sa i dimensiunea cristalelor n plcuele, blocurile sau benzile rezultate.1. Siliconul monocristalin este cel mai adesea realizat prin procesul Czochralski. Celulele sub form de plcue, realizate dintr-un singur cristal tind s aib un pre ridicat i, deoarece sunt tiate n blocuri cilindrice, nu acoper complet modulul rectangular al unei celule solare, fr o pierdere substanial de material. Din acest motiv, majoritatea panourilor din silicon monocristalin au poriuni neacoperite n cele patru coluri ale celulei.2. Siliconul policristalin sau siliconul multicristalin, cum mai este denumit, este realizat din blocuri rectangulare blocuri mari de silicon turnat, rcit i solidificat n medii controlate. Celulele din silicon policristralin au un proces de producie mai puin costisitor dect cele din silicon monocristalin, dar sunt mai puin eficiente.3. Benzile de silicon sunt un tip de silicon policristalin format prin tierea unor straturi subiri de material din blocuri turnate de silicon i au structur policristalin. Aceste celule au o eficien mai sczut dect cele fabricate din silicon policristalin, dar, deoarece pierderile n procesul de fabricare sunt minimale, costurile acestora sunt mult mai reduse.Celulele solare n strat subireTehnologia de producere a celulelor solare n strat subire reduce cantitatea de material necesar pentru realizarea materialului activ al celulelor fotovoltaice. Majoritatea celulelor confecionate pe baza acestei tehnologii sunt prinse ntre dou straturi de sticl, rezultnd astfel un modul solar. Deoarece panourile pe baz de silicon folosesc un singur strat de sticl, panourile n strat subire sunt de dou ori mai grele dect acestea. Majoritatea panourile n strat subire au o eficien sczut i necesit o mai mare suprafa pentru producia unui wat de energie electric dect cele din silicon.Cele trei tehnologii n strat subire folosite n fabricarea de celule fotovoltaice sunt cadmiu-teluriu, seleniura de cupru-indiu-galiu i siliconul amorf.Celule solare din cadmiu-teluriuO celul solar pe baz de cadmiu-teluriu folosete un strat subire de CdTe, un strat semiconductor care s absoarb i s converteasc lumina n energie electric. Cadmiul prezent n aceste celule poate fi toxic dac este eliberat. Din acest motiv, productorii se asigur c eliberarea accidental a acestuia, n timpul utilizrii sau manipulrii este imposibil. Un metru ptrat de CdTe conine aproximativ aceeai cantitate de cadmiu ca i o baterie Nickel-cadmiu, dar ntr-o form mai stabil i mai puin solubil.Celulele cu jonciuni multipleCelulele cu jonciuni multiple sunt extrem de eficiente i au fost dezvoltate pentru aplicaii speciale precum sateliii i explorarea spaial, iar, n prezent, folosirea acestora n sisteme terestre ar putea fi cea mai ieftin variant per wat pentru energie solar.Aceste celule cu jonciuni multiple sunt formate din mai multe straturi subiri.Multijonciunile pe baz de arseniur de galiu sunt cele mai eficiente celule solare de la aceast dat. n aprilie 2011, o astfel de celul a atins recordul de 43.5%. Aceast tehnologie a fost folosit pentru misiunile Mars Exploration Rover, care au depit durata de via estimat la 90 de zile.Celulele solare tandem bazate pe jonciuni monolitice, conectate n seriei realizate din fosfur de galiu-indiu, arseniur de galiu i germaniu cunosc o cerere rapid.Celulele cu tripl jonciune pe baz de arseniur de galiu sunt de asemenea folosite n vehicule solare, precum triplul ctigtor al Campionatului Mondial solar Nuna3, Solutra, Twenty One sau 21Revolution.Celule solare organiceCelulele solare organice reprezint o tehnologie destul de recent, care promite reducerea substanial a preurilor i o amortizare mai rapid a investiiei. Aceste celule pot fi procesate dintr-o soluie, de aici reieind i posibilitatea producerii acestora la scar larg la preuri extrem de reduse.Celulele fotovoltaice organice i celulele solare pe baz de polimeri sunt realizate din straturi subiri de semiconductori organici, inclusiv polimeri precum vinilina polifenilen i componente moleculare. Eficiena conversiei energetice obinut prin utilizarea unor astfel de celule este, la ora actual, relativ redus n comparaie cu materialele anorganice. Cu toate acestea, tehnologia a cunoscut o cretere remarcabil, mai ales avnd n vedere faptul c aceste celule pot fi benefice pentru diverse aplicaii n care flexibilitatea mecanic i disponibilitatea sunt cerine principale.Silicon n strat subireCelulele solare n strat subire de silicon sunt obinute prin depunerea chimic a vaporilor de gaz silan i hidrogen. n funcie de parametrii de depunere se poate obine1. Silicon amorf2. Silicon protocristalin3. Silicon nanocristalin, denumit i silicon microcristalin

Cercetatorii internationali urmaresc crearea de celule fotovoltaice compuse din semiconductori organici (pe baza de molecule cu carbon). Desi au un randament mai slab decat celulele pe baza de siliciu (randament de 5% fata de 15% pentru cele cu siliciu), celulele fotovoltaice organice ofera multiple avantaje. Spre deosebire de siliciul cristalin, a carui producere necesita temperaturi inalte, fabricarea celulelor fotovoltaice organice implica un cost financiar si energetic scazut si un impact mic asupra mediului, iar acesta este un argument ce nu trebuie neglijat, cand e vorba de energii regenerabile.

Cercetatorii de la la Laboratorul de inginerie moleculara din Angers (Franta) au o abordare originala care a permis sa se atinga randamente de 1,70%, printre cele mai ridicate pana in prezent. Sunt pe cale sa fie realizate si tipuri de materiale active specific adaptate acestor celule.Celulelor fotovoltaice, sunt dopate cu diferite elemente chimice, pentru obinerea unui surplus de sarcini electrice negative (electroni) sau pozitive (goluri). Se obin astfel straturi de siliciu semiconductoare de tip n, respectiv de tip p, n funcie de tipul sarcinilor electrice care predomin. Prin alturarea a dou asemenea straturi de material semiconductor, caracterizate prin predominana diferit a sarcinilor electrice, n zona de contact, se obine o aa numit jonciune de tip p-n. Sub aciunea diferenei de potenial electric, manifestat n zona de contact, electronii excedentari din stratul n, prezint tendina de migraie n stratul p, deficitar n electroni. Analog, golurile excedentare din stratul p, prezint tendina de a migra n stratul n, deficitar n sarcin electric pozitiv. Amploarea migraiei sarcinilor electrice ntre cele dou straturi ale jonciunii p-n este limitat de nivelul energetic al purttorilor celor dou tipuri de sarcini electrice. Astfel, cu toate c nu se va realiza o reechilibrare la nivelul sarcinilor electrice n toat profunzimea celor dou straturi, o zon superficial din stratul p va fi ocupat de sarcini electrice negative (electroni), iar o zon superficialdin stratul n, va fi ocupat de sarcini electrice pozitive (goluri). Ca efect, se va produce o redistribuire a sarcinilor electrice n zona jonciunii p-n. Dac jonciunea p-n este supus radiaiei solare, fotonii avnd un nivel energetic suficient de ridicat (cu att mai ridicat cu ct radiaia solar prezint o intensitate mai mare), sunt capabili s transfere suficient energie electronilor aflai pe straturile de valen ale atomilor, pentru a treace pe straturile de conducie i s devin electroni liberi. Sub aciunea diferenei interne de potenial, care se manifest local la nivelul jonciunii p-n, electronii liberi care se formeaz n stratul n, sunt respini spre suprafaa stratului n al jonciunii, iar electronii liberi care se formeaz n stratul p, sunt atrai spre zona de jonciune, pe care o vor traversa i odat ajuni n stratul n, sunt respini spre suprafaa acestui strat. Fiecare electron liber, n momentul trecerii sale pe stratul de conducie, las n urm un gol (sarcin electric pozitiv) n structura atomului pe care l-a prsit, astfel c sub aciunea radiaiei solare nu apar doar electroni liberi ci perechi de sarcini electrice negative (electroni) i pozitive (goluri).

Cap 2 Solutii constructive

1. Lumina (fotoni)

2. Suprafata frontala

3. Strat negativ

4. Strat izolator

5. Strat pozitiv

6. Suprafata posterioaraO celula fotovoltaica din siciliu se compune dintr-o placuta de siciliu de tip n, pe care se obtine o sectiune de tip p prin difuzia unei impuritati acceptoare, realizandu-se o jonctiune p-n, electrodul superior care in unele cazuri este acoperit cu un strat de protectie transparent si un electrod inferior. In present se utilizeaza baterii fotovoltaice confectionate din astfel de cellule fotovoltaice pentru conversia energiei solare in energie electrica. Satelitii si navele cosmice sunt echipate si functioneaza cu ajutorul unor baterii fotovoltaice. In cazul conversiei termoelectrice eu loc fenomene care apar in conductori si semiconductori si se caracterizeaza prin independenta dintre marimile termice si cele electrice.

Sistem solar fotovoltaic pentru casa - doua tipuri

Este un sistem solar cu o retea legata, celulele fotovoltaice inhama soarele, pentru a genera energie electrica, care merge direct in reteaua electrica locala. Desi curentul direct (DC) produs de panourile fotovoltaice nu poate fi utilizat in forma sa pura, invertoarele solare simple sunt folosite sa il transforme in curent alternativ (AC) utilizabil.Componenta unui sistem solar fotovoltaic Modul solar- genereaza electricitate din lumina soarelui Controller- Controleaza puterea catre si de la bancul de baterii Baterii- Depozitarea energiei electrice Contoar- prezinta starea sistemului si masoara transferul de energie Convertor- Schimba curentul continuu de tensiune joasa DC in voltaj ridicat curent alternativ AC Sisteme de fixare sau traking- fixarea panourilor solare si orientare permanenta catre soare

Panourile fotovoltaice sunt prevavute cu o cutie de jonctiuni impermeabila.Panourile fotovoltaice sunt construite din celule solare laminate intre foi devinilacetat etilenic (EVA), ultra-transparente, antisoc, acoperite cu sticlatratata special care protejeaza modulul impotriva efectelor climatice saumecanice.Durata de viata si functionare a unui panou este de 25 de ani.Cadrul acestor panouri este din cornier de aluminiu cu o grosime de 3,5 cmcare este pregaurit pentru instalare facila.

Limite Limitele dezvoltarii panourilor fotovoltaice

Costul ridicat al tehnologiei reprezinta principalul motiv pentru care se dezvolta relativ incet panourile fotovoltaice pe ambele piete, cu conectare la retea cat si in tarile in curs de dezvoltare.

In tarile in curs de dezvoltare, lipsa de putere financiara creaza cele mai mari bariere de implementare a sistemelor fotovoltaice. Sprijinul seminificativ al autoritatilor publice pe o perioada extinsa de timp va fi necesar pentru realizarea reducerilor de costuri in tehnologia fotovoltaica pentru a sustine o politica de scadere a preturilor pentru o industrie care este competitiva ca alternativa.

In practica, sprijinul poate implica o combinatie de masuri care pot, de obicei, sa functioneze mai eficient impreuna. Problemele de finantare, cresterea gradului de constientizare a partilor interesate si angajamentul politic sunt critice pentru succesul oricarui mecanism in general.

In tarile membre ale asociatiei internationale a industriei fotovoltaice, principalele masuri de sprijin care sunt folosite pentru a inlatura barierele de implementare sunt: Platile pentru energia electrica produsa PV de oricine are montata o instalatie fotovoltaica (imbunatatirea tarifului de retea sau montarea lui); Subventii pentru reducerea costurilor de montare a sistemelor electrice fotovoltaice; Diferite forme de credite fiscale.

Multe guverne au abordat o politica de cotitura iar in atentia lor s-a ajuns la abordari pe termen lung a schimbarilor climei si a problemelor de securitate energetica in viitor. Astfel ca s-au luat masuri concrete de punere in aplicare sau s-a legiferat o reglementare denumita in mod obisnuit ca standard de portofoliu de energii regenerabile (PRC) pentru a creste dezvoltarea de energie regenerabila in tarile lor. Cerintele de constructie durabila sunt, de asemenea, de un real interes.

Pe masura ce piata de panouri fotovoltaice se maturizeaza si noi oportunitati de afaceri sunt identificate, diverse non-utilitati, precum si initiativele bazate pe utilitatile comerciale sunt in curs de dezvoltare. Acestea includ activitati cum ar fi: Conditii preferentiale de origine ipotecara si imprumuturi de la bancile comerciale pentru energia verde; Ponderea crescuta in ofertele de fonduri private de investitii in campuri fotovoltaice; Alte sisteme care se concentreaza pe crearea de bogatie si de succes de afaceri utilizand celulele fotovoltaice ca un vehicul pentru a atinge aceste scopuri.

In sectorul utilitatilor de energie electrica, diferite modele de afaceri cu fotovoltaice sunt in curs de dezvoltare, partial ca raspuns la politicii publice si a reglementarilor legale. Multe companii de energie electrica promoveaza in toata lumea initiativa "Puterea verde", in care clientii pot achizitiona energie electrica verde.

ConcluziiIn sectorul utilitatilor de energie electrica, diferite modele de afaceri cu fotovoltaice sunt in curs de dezvoltare, partial ca raspuns la politicii publice si a reglementarilor legale. Multe companii de energie electrica promoveaza in toata lumea initiativa "Puterea verde", in care clientii pot achizitiona energie electrica verde.n prezent, construciile de celule fotovoltaice au eficiene n jurul valorii de 15%, ceea ce reprezint o valoare destul de sczut. Din acest motiv, panourile fotovoltaice sunt amplasate preponderent n zone caracterizate prin radiaie solar intens. Cu toate acestea, ri ca Germania sau Austria reprezint exemple de utilizare pe scar larg a acestei tehnologii, cu toate c nu sunt favorizate din punct de vedere al intensitii radiaiei solare.Grosimea total a unei celule fotovoltaice este ce cca. 0,3mm, iar grosimea stratului n, este de cca. 0,002mm. Uzual, deasupra electrodului negativ al celulei fotovoltaice, se amplaseaza un strat antireflexie, cu rolul de a mpiedica reflexia radiaiei solare incidente pe suprafaa celulei electrice solare, astfel nct o cantitate ct mai mare de energie s fie transferat electronilor de valen din cele dou straturi semiconductoare. Celulele fotovoltaice au dimensiuni uzulale de 10x10cm i mai recent de 15x15cm.

Primele celule fotovoltaice, au fost utilizate n 1958, pe satelitul Vanguard I. Eficiena de conversie a energiei radiaiei solare n electricitate era de 10%, iar putereatotal a acelor celule fotovoltaice a fost de cca. 0,1W. Pn n 2005, puterea total instalat pe planet a panourilor fotovoltaice, depea 1.000.000.000W=1GW.

Bibliografiewww.panourifotovoltaice.euwww.solarzone.rowww.energienucleara.ro