aplicatiile panourilor fotovoltaice

14
Aplicatiile panourilor fotovoltaice Introducere Sistemele de alimentare neconectate la reţea pentru consumatori cu un consum mediu de putere, de la câţiva waţi la câteva mii de waţi, constau, în general, din sisteme de stocare electrochimice sau din motoare alimentate de combustibili fosili care acţionează un generator. Durata de viaţă a acestor sisteme, imp act ul eco log ic şi costul rid ica t al bateriilor fa c ca stoc area ele ctr och imică a energiei s ă nu fi e foa rte a tra cti vă . Inc onv eni ent ele folosirii insta laţ iilor cu co mbu stie includ folosi rea co mbusti bil ilor fosili (de obicei), zgomote, emisii toxice, necesitatea aprovizionării cu combustibil şi costuri mari pentru întreţinere. Inconvenientele surselor de energie electrică independente clasice au dat deja o poziţie solidă pe piaţa surselor comerciale neconectate la reţea, generatoarelor fotovoltaice. De exemplu, multe produse şi sisteme pentru tel eco mun ica ţ ii , pro tec ţ ia ca tod ică împ otriva co roz iun ii, teh nol og ii de măsurare şi sisteme de semnalizare sunt alimentate fotovoltaic. Un volum mare de vânzări se obţine, de asemenea, ca urmare a folosirii generatoarelor fot ovoltaice pen tru ele ct rifi car ea rur al ă . În ţăr i ca Ind onezia, Mexic sau Keni a, s-a creat o piaţ ă stabilă dat orit ă instalării a zeci de mii de „Sist eme de case solare” SHS (Solar Home Systems). Descriere – panouri fotovoltaice Pano urile foto voltaice sunt elemente de prod ucere a energiei electrice prin uti lizarea en erg iei lumino ase (fo ton i).D in pun ct de ve dere fiz ic, celula fotovoltaica este o dioda tip p- n de suprafata mare, cu jontiunea pozitionata aproa pe de pa rte a superioara. Ce lul a conve rte ste lumino zit ate a so lar a in energie electrica. Mai multe astfel de celule sunt asamblate intr-un modul de o anumita putere. Mai concret, o celul ă solară const ă din două sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai întâlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosi me cupr insă între 0,001 şi 0,2 mm şi sunt dopa te cu anumite eleme nte chimice pentru a forma joncţiuni „p” şi „n”. Această structură e similară cu a unei diode. Când stratul de siliciu este expus la lumină se va produce o „agitaţie” a electronilor din material şi va fi generat un curent electric.

Upload: ieremeiov-vladimir

Post on 16-Oct-2015

57 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Aplicatiile Panourilor Fotovoltaice

TRANSCRIPT

  • Aplicatiile panourilor fotovoltaice

    Introducere

    Sistemele de alimentare neconectate la reea pentru consumatori cu un consum mediu de putere, de la civa wai la cteva mii de wai, constau, n general, din sisteme de stocare electrochimice sau din motoare alimentate de combustibili fosili care acioneaz un generator. Durata de via a acestor sisteme, impactul ecologic i costul ridicat al bateriilor fac ca stocarea electrochimic a energiei s nu fie foarte atractiv. Inconvenientele folosirii instalaiilor cu combustie includ folosirea combustibililor fosili (de obicei), zgomote, emisii toxice, necesitatea aprovizionrii cu combustibil i costuri mari pentru ntreinere.

    Inconvenientele surselor de energie electric independente clasice au dat deja o poziie solid pe piaa surselor comerciale neconectate la reea, generatoarelor fotovoltaice. De exemplu, multe produse i sisteme pentru telecomunicaii, protecia catodic mpotriva coroziunii, tehnologii de msurare i sisteme de semnalizare sunt alimentate fotovoltaic. Un volum mare de vnzri se obine, de asemenea, ca urmare a folosirii generatoarelor fotovoltaice pentru electrificarea rural. n ri ca Indonezia, Mexic sau Kenia, s-a creat o pia stabil datorit instalrii a zeci de mii de Sisteme de case solare SHS (Solar Home Systems).

    Descriere panouri fotovoltaice

    Panourile fotovoltaice sunt elemente de producere a energiei electrice prin utilizarea energiei luminoase (fotoni).Din punct de vedere fizic, celula fotovoltaica este o dioda tip p- n de suprafata mare, cu jontiunea pozitionata aproape de partea superioara. Celula converteste luminozitatea solara in energie electrica. Mai multe astfel de celule sunt asamblate intr-un modul de o anumita putere.Mai concret, o celul solar const din dou sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai ntlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprins ntre 0,001 i 0,2 mm i sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma jonciuni p i n. Aceast structur e similar cu a unei diode. Cnd stratul de siliciu este expus la lumin se va produce o agitaie a electronilor din material i va fi generat un curent electric.

  • Celulele, numite i celule fotovoltaice, au de obicei o suprafa foarte mic i curentul generat de o singur celul este mic dar combinaii serie, paralel ale acestor celule pot produce cureni suficient de mari pentru a putea fi utilizai n practic. Pentru aceasta, celulele sunt ncapsulate n panouri care le ofer rezisten mecanic i la intemperii.

    Celula fotovoltaica Panou fotovoltaic

    Celulele fotovoltaice sunt de mai multe tipuri: monocristaline, policristaline, tip film, amorfe, sferice si concentrate.Cele mai bune celule sunt cele monocristaline dar si cele mai scumpe. Celulele policristaline au gradul de conversie mai mic, dar sunt mai ieftine, reducandu-se astfel substantial costul pe Watt instalat, fiind mult mai raspandite.

    Un sistem clasic fotovoltaic insular este alcatuit din urmatoarele componente:

    -panouri fotovoltaice,-regulatorul de incarcare al bateriilor,-grupul de baterii de 12, 24 sau 48 V DC-invertor, ce tranforma curentul continuu DC in curent alternativ AC

  • Se pot realiza sisteme ce pot diverta energia produsa (surplusul de energie) in retea.

    Un astfel de sistem este compus din: panouri fotovoltaice pentru conectare la retea invertor pentru divertare in retea contor electric pentru a masura cantitatea de energie produsa si livrata in retea.

  • Aplicatii ale panourilor fotovoltaice

    Exist o varietate de aplicaii ce utilizeaz energia electric produs de ctre celulele solare pornind de la aparate de uz comun i ajungnd pn la tehnica spaial.

    Ceas de mn

    Ceasurile produse de firma japonez Citizen sunt dotate cu o celul solar inclus n cadran care ncarc un acumulator cu litiu avnd o independen de 150-240 zile i care dup o funcionare de 20 ani prezint o scdere de capacitate de maximum 20%.

    Calculator de buzunar

    Calculatoarele de buzunar pot dispune de alimentare dubl de la baterie i celul solar sau alimentare simpl doar de la celule solare, caz n care pentru funcionare este nevoie de o iluminare relativ puternic.

  • Aparat de taxare n parcriAparatele automate de taxare n parcri aparin sitemelor cu alimentare autonom care pe lng un modul cu celule solare mai este nzestrat i cu un acumlator pentru a se asigura alimentarea continu cu energie electric

    Lampion

    Este compus din mai multe celule solare mbinate estetic formnd corpul lampionului ce ncarc un acumulator n cursul zilei care mai apoi alimenteaz o surs de lumin noaptea. Este portabil, putnd fi utilizat pemtru iluminare unui interior noaptea.

    Lampadar

    Pe un stlp de iluminare se monteaz un panou solar de cca 40 Wc care alimenteaz o bateria de cca 50Ah. Acesta asigur o autonomie de cca 5 zile

  • a 8 ore de noapte. Aprinderea i stingerea luminii se asigur cu un programator inclus.

    Iluminarea panourilor publicitare

    La fel ca si in cazul lampadarelor, panourile publicitare sunt illuminate cu ajutorul unor lampi alimentate de la un panou solar.

    Balize luminoase

    Balize luminoase sunt corpuri de iluminat incluse n asfalt, ce emit o lumin difuz produse cu ajutorul unuia sau mai multor LED-uri pe baza energiei acumulate n cursul zilei prin intermediul celulelor solare. Dispun de o autonomie de 6-7 zile fr soare.

    Pompe de ap

    Sisteme de panouri solare cu o putere instalat cuprins ntre 80Wc i 1200 Wc ce alimenteaz prin intermediul unui panou de comand pompe

  • elicoidale cu o nlime de pompare de 5-230m i un debit de 0,8m/ zi - 95m/zi.

    Mijloace de transport

    Automobile solare

    Automobilele solare sunt construite utiliznd rezultate din tehnica spaial, tehnologia de fabricaie a bicicletelor, industria de automobile i tehnologia energiei reinnoibile. Cadrul este realizat din materiale composite uoare (fibr de carbon, fibr de sticl, Kevlar) asamblate prin lipire cu rini sintetice (epoxidice) i este purttorul a sute de celule solare legate ntre ele. Un astfel de ansamblu, ntr-o zi nsorit, poate produce o putere de pn la 2kW(2,6CP) Firma Venturi AstroLab n 2006 a promis c va scote pe pia primul automobil comercial electro-solar hibrid n ianuarie 2008.

    Mijloace de transport pe ap

    La mijloacele de transport pe ap panourile solare se utilizeaz :

  • Pentru generarea de curent electric stocat ulterior n acumulatoare pentru alimentarea utilitilor de bord de exemplu n cazul ambarcaiunilor. De exemplu o baterie de acumulatoare se poate ncrca de la panouri solare montate pe bord la un curent de 9A.Pentru propulsarea vasului, caz n care panourile solare vor acoperi o suprafa de obicei orizontal de tip acoperi, sau chiar o parte din puntea vasului.

    Vehicule pe ine

    Vagon autonom acionat de motor electric alimentat cu curentul produs de panouri solare i stocat n baterii de acumulatoare. ELSE este un vagon experimental cu 6-8 locuri Puterea maxim de 3 kW este dezvoltat de un motor cu un randament de 95% la 24 V. Viteza de croazier este de 15 km/h (teoretic maxim 50 km/h). Autonomia n condiii de umbr este de 60 km.

    Avioane fr pilot

    Primul avion cu ogreutate de 12 kg a fost Sunrise I avnd o putere de 450W furnizat de cca 1000 celule solare. A efectuat primul zbor la 4 noiembrie 1974. A urmat Sunrise II la 27. 09. 1975 acionat de un motor de 600 W alimentat de 4480 celule solare.

  • La 11 septembrie 1995 Pathfinder a realizat recordul de zbor de 12 ore la 15.240 m altitudine corectat la 7 iulie 1997 la 21.802 m. n 1998 din Pathfinder a rezultat Pathfinder_plus cu o puterea instalat a celulelor solare de 7,5 kW alimentnd 6 motoare cu o putere de 1,5 kW fiecare.Avionul fr pilot HELIOS cu o greutate de 580 kg avea suprafaa acoperit cu 66000 celule solare cu randamentul de 22% i o putere de 35 kW. Viteza de zbor era de 30 pn la 50 km/h. Helios s-a prbuit la 29 Mai 2003 lng Hawaii n oceanul Pacific.

    Avioane cu pilot

    In 1979 Gossamer Penguin a efectuat primul zbor cu pilot la o nlime de 4 m avnd o putere de 600 W. Primul avion solar se consider a fi Solar Challenger cu care s-a reuit la 7 iulie 1981 traversarea canalului mnecii lsnd n urm 163 mile dup un zbor la o altitudine de 3000 m. Solair I a efectuat la 21. August 1983 un zbor de 5 h 41 m. Solair II cu o putere de 1600W a efectuat primul zbor de test reuit.Bertrand Picard intenioneaz ca n 2010 s traverseze oceanul Atlantic, iar n 2011 s nconjoare globul cu un avion solar avnd o suprafa de cca 250mp acoperit cu celule solare din siliciu monocristalin de 130m grosime i un randament de 20%.

    Satelii

    Satelitul STARDUST are o suprafa de panouri solare de 6,6 mp ce stocheaz energia necesar n perioda de umbr n acumulatoare de nickel-hydrogen (NiH2) cu o capacitate de16 Ah Staia Spaial Internaional (ISS) este alimentat cu energie electric avnd ca surs celule solare ce echipeaz 8 panouri desfurate pe o lungime de cte 35,05 m lungime i 11,58 m lime cu o mas de 1,1 T fiecare. Celulele solare pe o arip sunt n numr de 32800 aezate n rnduri de cte 400. Un panou furnizeaz staiei

  • 32,8 Kilowatt energie electric, la o tensiune reglat la 140 V prin Utility Transfer Assembly (UTA). Pe perioada de eclips (35 min din fiecare 90 min a rotaiei pe orbit). Energia este stocat n baterii de nichel-hidrogen proiectate pentru 38.000 cicluri de ncrcare descrcare respective o durat de via de 6,5 ani. Pentru maximizarea puterii furnizate panourile sunt orientate permanent ctre soare de sistemele BGA (Beta Gimbal Assembly) i SARJ (Solar Alpha Rotary Joint).

    Utilizare casnic

    n utilizarea casnic panourile solare au o importan mai mare n cazul locuinelor izolate fr racord la reeaua de curent alternativ. n general n sistemele mai evolute, opional pe lng panouri se mai monteaz:o baterie de acumulatore pentru a pute livra energie i n lipsa luminii solareun regulator de tensiune pentru prevenirea suprancrcrii baterieiun dispozitiv de deconectare n cazul descrcrii sub limit a acumulatoarelorun dispozitiv de msurare ce indic direcia de alimentare i cantitatea de energie produs/consumatn cazul utilizrii de consumatori de current alternativ, este nevoie i de un invertor. n acest caz la locuinele racordate la reeaua de curent alternativ teoretic ar exista posibilitatea eliminrii din schem a bateriei de acumulatoare, energia suplimentar fiind msurat n ambele direcii (la surplus sau lips).

    Projectul model al blocului 103/104 din Berlin- Kreuzberg n condiiile din Germania a condus la o scdere cu cca 50 Pf a costului energiei. Pe o

  • suprafa de 240 m 213 panouri solare cu o eficien de 16% produc 20 kW energie electric nsumnd 14.000 kWh pe an.

    Utilizare industrial

    Panourile solare sunt utilizate pe scar tot mai larg la producerea de curent electric Ca surse principale/secundare de curent electric n cazul cldirilor

    Dat n funciune n anul 1984 acoperiul din panouri solare al Universitii din Georgetown situat n centrul dens populat al Washingtonului produce anual energie electric n valoare de 60000$

    Faa sudic a cldirii din Tbingen/Germania terminat n anul 2004 a fost acoperit cu 970 panouri fotovoltaice cu o putere instalat de 43,7 kW i care se estimeaz c vor produce anual 26000 kWh energie

    Din 1998 n Gleisdorf/Austria, pe strada energiei solare se gsete arborele solar nalt de 17,3 m, o structur de oel de 12,7 t pe care se afl montate 140 panouri solare cu o producie anual de 6650 kWh cu care se alimenteaz 70 de stlpi de iluminare.

  • Centrale solare

    Centralele de producere a energiei electrice pe baz de panouri solare ctig teren

    Centrala solar din Atzenhof suburbia oraului Frth/Germania produce 1 MW energie electric cu ajutorul a 144 panouri solare ce acoper o fost hald de deeuri menajere.

    Centrala solar din Quierschied suburbia oraului Gttelborn /Germania construit pe o suprafa de 165000 mp n 2004/2005 produce 7,4 MW energie electric utiliznd panouri solare.

    Actualmente cea mai mare central solar se afl n Pocking/ Bavaria compus din 57912 panouri solare de nalt performan cu o putere de 10 MW. n Shinan/Corea de Sud a nceput construirea unei mari centrale solare cu o putere instalat de 20 MW, producie anual estimat la 27000 MWh ce va acoperi cu 109000 panouri solare o suprafa egal cu cea a 80 de terenuri de fotbal. n Brandis/Saxonia/Germania a nceput construirea celei mai mari centrale solare avnd o putere de 40 MW, pe un teren al unei foste baze militare, acoperindu-se o suprafa egal cu a 200 terenuri de fotbal cu 550.000 panouri solare din film subire. Se preconizeaz ca n primul an de funcionare s se recupereze integral cheltuielile de construcie care se estimeaz a costa cu 20%-40% mai puin dect preul comercial. Primele module vor fi operaionale la sfritul lunii iunie.

  • Avantaje si dezavantaje

    Avantajul cel mai semnificativ il reprezinta faptul ca, cel putin teoretic, au durata de viata nelimitata, insa putem lua in considerare si ca au un cost de intretinere foarte scazut.Investitia initiala este marele dezavantaj al tuturor sistemelor energetice alternative, si astfel si a celor bazate pe panouri fotovoltaice. Insa aceasta se amortizeaza in timp, astfel incat pe mai multi ani, instalarea unui astfel de sistem este un lucru recomandat.Exista desigur si alte dezavantaje, printre care putem enumera randamentul scazut al celulei fotovoltaice privit prin prisma energiei produse raportata la suprafata si dependenta acuta de radiatia solara (unghiul razei, temperatura, intensitatea, etc).

    Concluzii

    In ciuda pretului si a dependentei de factorii externi, panourile solare sunt o solutie pentru viitor. Acest lucru este dovedit si de cresterea de aprope 50% inregistrata in numarul de astfel de sisteme folosite pe glob, in fiecare an din 2002 incoace. Procentul utilizarii energiei solare este in continuare minuscul, estimand ca va ajunge la 0,40% in 2010. Insa pe viitor, odata cu dezvoltarea tehnologiei si micsorarea costurilor initiale, panourile fotovoltaice vor deveni cu siguranta din ce in ce mai utilizate.

  • Bibliografie

    www.wikipedia.comwww.panourisolare.orgwww.solar-valahia.ro

    Introducere