fotovoltaice2008.pdf

PANOURI FOTOVOLTAICE

Energia luminii s-a utilizat nc din cele mai vechi timpuri. Una din cele mai vechi i cunoscute povestiri istorice spune c n anul 212 nainte de Christos, la asediul Siracuzei, Arhimede le-a oferit grecilor o arm formidabil, prin care i-au nvins pe romani: energia luminii. Cu ajutorul oglinzilor (dup unii autori cu scuturile metalice bine lustruite) grecii au concentrat lumina solar i au ndreptat-o ctre vasele de rzboi romane, incendiindu-le.

Se pare c lucrurile au stat puin diferit, dat fiind c s-a reconstituit evenimentul prin 1993 (experiment condus de cercettori de laLeicester University, conform The Power of Light, Frank T Kriyza, McGraw Hill, 2003) i s-a ajuns la concluzia c este improbabil s se fi dat foc vre-unei nave ci mai degrab uniformei militare a ctorva romani, printre care i celei a lui Marcellus, conductorul flotei, care n mod evident avea cea mai strlucitoare armur


Grecii au fost i cei care au utilizat energia luminoas n scop panic, aprinznd cu ea torele de la temple sau flacra olimpic.

Un alt vizionar n ceea ce privete utilizarea energiei solare n scopuri comerciale a fost cum altfel Leonardo da Vinci


Tehnologia fotovoltaic (PV) este una din ele mai curate surse de energie: nu produce nici zgomot, nici fum, nici ploi acide, nici nu polueaz apa, nu genereaz dioxid de carbon sau deeuri nucleare, deoarece se bazeaz pe puterea soarelui pentru a se alimenta.

n acelai timp, siliconul, materia prim utilizat pentru majoritatea celulelor PV, se gsete din abunden i nu e toxic.


Povestea tehnologiei fotovoltaice ncepe cu un om de tiin elveian, Horace de Saussure, care a gsit, n anul 1767 modul n care se poate utiliza energia solar prin construirea primului colector solar; ulterior, Sir John Herchel a utilizat un astfel de colector solar pentru a nclzi ap i a gti.

Prin 1838, adolescentul de 19 ani, Edmund Becquerel, i public observaiile n legtur cu fenomenul fotovoltaic.

Nu se ntrevede nici o posibil aplicaie a fenomenului.


n 1838, adolescentul de 19 ani, Edmund Becquerel, i public observaiile n legtur cu fenomenul fotovoltaic.

Nu se ntrevede acum nici o posibil aplicaie a fenomenului.


35 de ani mai trziu, n 1873, Willoughby Smith a descoperit efecte fotovoltaice n seleniu.

Studentul lui, William G. Adams, a fcut un important pas nainte, descoperind c luminnd o legtur ntre seleniu i platin, produce efecte fotovoltaice.


Auguste Mouchout construiete primul motor acionat de energia solar i propune construirea motoarelor cu aburi acionate de energia solar.

Se ntmpl n 1860. n 1885, Charles Tellier monteaz, pe

acoperiul casei sale, prima instalaie solar pentru producerea apei calde menajere.


Albert Einstein public, n 1905, teza referitoare la fenomenul fotoelectric.

n 1921 primete Premiul Nobel pentru aceast descoperire.


n 1932 a fost observat efectul fotovoltaic n cadmiu-selenid (CdS), astzi un material comun pentru producerea de celule solare.


n 1954 laboratoarele Bell realizeaz, din ntmplare* prima celul monocristalin siliconic, a crei eficien era de 4%; ulterior performana a crescut la 11%.

* angajatii firmei americane Bell au observat, pe cnd

cercetau un redresor cu siliciu, c acesta producea mai mult curent dac era expus la soare.


Bridgers Paxton realizeaz, n 1955, prima cldire de birouri unde s-au folosit principii de proiectare pasiv i ap cald menajer produs pe baza panourilor solare.

n 1958 au celulele solare au ieit pentru

prima dat n spaiu: sateliul Vanguard I a fost primul pe care s-a testat energia fotovoltaic. Acesta a fost dotat cu un panou solar avnd 108 celule solare pe baz de siliciu


n 1980 s-au produs automobile electrice acionate de module fotovoltaice solare.

n 1981 un avion acionat de energie solar

traverseaz Canalului Mnecii. n 1983 1984 ARCO Solar a introdus n

fabricaie primele module amorfe.


Elementul de baz al unei instalaii de producere a energiei electrice pe baza energiei solare este celula fotovoltaic.


O celul este realizat din dou sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai adesea, siliciu. Aceste straturi au o grosime cuprins ntre 0,001 i 0,2 mm i sunt impurificate (dopate) cu alte elemente chimice pentru a forma legturi p i n.


Atomii de siliciu formeaz o reea stabil. Fiecare atom de siliciu are patru electroni de legtur, n exteriorul atomului de siliciu. Electronii formeaz perechi cu cei ai atomului nvecinai, rezultnd o configuraie foarte stabil cu cte 8 electroni (cele 4 perechi de electroni, mprii de cei doi atomi de siliciu). Legtura dintre electroni poate fi rupt de aciunea cldurii sau a luminii.


Cnd legtura se rupe, electronul se mic liber, prsete poziia din reea i las n urm o gaur. Acest fenomen se numete conductivitate intrinsec. Acest tip de conductivitate nu genereaz electricitate. Pentru a obine curent electric, este necesar impurificarea reelei, adic introducerea n reea a unui alt tip de atom, cu mai muli respective mai puini electroni. Procedeul se numete dopare, dotare sau impurificare.


Atomii adugai sunt de fosfor cu un electron n plus i de boron cu un electron n minus. Electronul suplimentar (legtura de tip n) se poate mica liber n reeaua de siliciu.

Electronul lips (legtura de tip p) genereaz o gaur, fapt care permite electronilor nvecinai s migreze, crend o alt gaur n alt parte. Dac se aduc mpreun straturile dopate n i p, se formeaz o legtur (o jonciune) n-p (negativ-pozitiv).


Dac semiconductorul n-p este expus luminii solare, electronii absorb fotonii. Acest input energetic rupe legturile dintre electroni. Electronii eliberai sunt trai n zona negativ (zona n). Gurile formate migreaz n direcia cealalt, n zona p. Acest proces se numete efect fotovoltaic.


Celulele fotovoltaice au de obicei o suprafa foarte mic i curentul generat de o singur celul este mic. Cantitate mare de curent se produce prin legarea n serie sau paralel a acestor celule.

Celulele alctuite din siliciu mono i policristalin sunt produse n straturi de 200-300microni (0.3mm) grosime.


Celulele sunt grupate n module, care apoi sunt ncapsulate n panouri care le ofer rezisten mecanic i la intemperii


PANOURI FOTOVOLTAICE PANOURI FOTOVOLTAICE

Pn n 1960, acest tip de tehnologie a fost considerat futurist i utilizabil numai pentru aplicaii speciale, datorit costurilor mari presupuse de procesul de cercetare i manufacturare.

Ca urmare a crizei energetice a anilor aptezeci, numeroase guverne au fost obligate s ia n consideraie tehnologii alternative. Aceast atitudine a avut drept consecin dezvoltarea rapid a acestui program de cercetare.


De la producerea primului panou fotovoltaic, n 1954, eficiena celulelor solare a crescut constant n timp ce preurile au sczut substanial.


Astzi, cele mai comune PV sunt panourile de culoare albastru-negru, n mod curent montate pe pmnt sau pe acoperiuri, nclinate la un unghi corespunztor zonei geografice i orientate ctre soare. Celulele cristaline sunt primele tipuri de PV inventate i rmn cele mai eficiente. Sunt pe de alt parte i cele mai scumpe i greu de produs n mas.


Materialul cel mai comun pentru majoritatea celulelor solare este siliciul, sub forma oxidului de siliciu. Acesta trebuie prelucrat, deoarece celulele solare lucreaz cu siliciu pur. Alte materiale utilizate sunt semiconductori ca galium i germanium, precum i unii pigmeni organici.


Celule solare monocristaline din siliciu

Mono-cristalul este un cristal unic, n care toi atomii sunt aliniai, pe baza reelei cristalului. Tehnologia de producere a mono-cristalului presupune tragerea lent (2 cm / or) a unui cilindru de siliciu (mono-cristalul), dintr-o baie de siliciu topit. Tehnologia este att complicat i cronofag, ct i scump, dar aceste celule sunt cele mai eficiente.


Celule solare policristaline din siliciu

Siliciul policristalin este turnat, fapt care simplific procesul de producie i ieftinete produsul finit. n timpul procesului de coagulare a siliconului topit, se izoleaz numeroase zone cristaline, care dau acestui material caracteristicile sale de aspect.

Eficiena celulelor multicristaline este mai sczut dect a celor monocristaline.


PANOURI FOTOVOLTAICE tipuri de celule fotovoltaice

Celule n straturi subiri

Sunt straturi cu grosime microscopic, realizate din materiale semiconductoare, sunt distribuite pe o gam larg de materiale ca plasticul, metalul, sticla. Dei filmul subire PV nu are eficiena PV cristalin, prezint avantaje incontestabile, ca modul mai simplu de producie (tehnologia depunerilor de plasm), posibilul cost mai sczut, capacitatea de a fi ataat pe diferite materiale.


Siliciu amorf

Acesta este siliciu fr structur cristalin (de fapt ea exist, pe zone foarte restrnse).

Este mai ieftin dect siliciul policristalin dar are i o eficien mult mai redus.


Alte celule solare (ne-silicioase) celulele cu GaAs (galium / arsenid) -

semiconductoare pe baz de elemente din grupa III-V - au randament mare, stabil la schimbrile de temperatur; pierderea de putere la nclzire este mai mic dect n cazul celulelor cristaline pe baz de siliciu. Materialele curent utilizate sunt. Aceste celule sunt cele mai eficiente, dar i cele mai scumpe

celulele cu CdTe (cadmiu / telurid)- semiconductoare pe baz de elemente din grupa II-VI

celule CIS, CIGS. CIS este prescurtarea de la Cupru-Indiu-Diselenid


celulele solare pe baz de compui organici se obin din mase plastice cu legturi electrice semi-conductive. Scopul dezvoltrii acestor produse este fabricarea de celule solare mai ieftine.


celule pe baz de pigmeni. Numite i celule Grtzel, acestea realizeaz un semiconductor prin intermediul unui anod fotosensibil (dioxidul de titaniu) i un electrolit, pentru transformarea luminii n energie electric.


Fotovoltaicele integrate n cldiri (PVIC) building-integrated PV (BIPV) pot mri valoarea unei cldiri i pot deduce parial costurile panourilor PV, prin aptitudinea conferit unei componente scumpe din start, de a prelua o sarcin electric. PV sub form de elemente de nvelitoare nu se deosebesc aproape deloc de nvelitorile tradiionale (SUA).

Faadele unor cldiri nalte sunt de asemenea mbrcate n panouri fotovoltaice.


Proiectarea unui sistem fotovoltaic integrat n cldire presupune utilizarea de module fotovoltaice, care se pot constitui n anumite componente de faad sau acoperi.

Totodat, sistemele solare/active sunt substitute pentru elemente de construcie, n particular pentru componente ale anvelopei cldirilor, care astfel mai capt o funciune, aceea de generator de energie.


La integrarea n cldiri a unor sisteme PV se urmrete optimizarea dimensionrii i orientrii suprafeelor pe care se amplaseaz panourile solare PV n sensul de a obine maximum de energie colectat, n condiiile n care cerinele volumetrice, funcionale, estetice i de legislaie n general sunt respectate.


Integrarea sistemelor fotovoltaice n elementele de faad i de acoperi ale cldirilor determin o nou form de central electric - centrala electric distribuit - care este segmentul de pia cu cea mai mare cretere n lume i socotit cel mai atractiv pentru viitor.


http://www.solarstrom.ch/english/download.html Photovoltaics in the Buildings - Facts and Figures

www.schott.com/photovoltaic/english/download/glass integrated architecture e.pdf


Parasolare realizate din panouri fotovoltaice Sursa: SSG

Module semitransparente integrate n acoperi. Ministerul Economiei Germania.

Sursa: SSG


Panourile de faad asigur i funciune de control solar

4 Times Square n Manhattan

Locuine colective la New York: The Solaire, incorporeaz panouri PV pe faada vestic


Primria din Dongen. Module PV semi-transparente. Sursa: Scheuten Solar

Luminator cu module transparente Sursa: Igoan Solar


Student Center la Northeastern University n Boston,

Panouri PV instalate n 1995


Panouri PV integrate n acoperiurile unor cldiri existente: cu nvelitoare pe arpant i cu nvelitoare-teras

Sursa ilustraiilor: A_Magalogue_955_Fr.pdf i www.livingroofs.org/livingpages/swissbiodiversegreenroofs.html


puncte tari:

- producerea de energie,

- managementul cerinelor energetice (n momentul de consum maxim)

- nlocuirea, n unele cazuri, a materialului tradiional de construcie;


puncte slabe, care trebuie luate n considerare la proiectarea sistemului integrat:

- necesitatea de a se asigura ventilarea n spatele modulelor mono i policristaline (un minim de 5cm este considerat corespunztor; la mai puin de 5cm spaiu de ventilare se pierde circa 10% din randament)

- umbrirea, fie i a unui singur modul, influeneaz ntregul sistem, dat fiind c modulele sunt legate n serie.

- pericol (rar) de incendiu


Pe lng amplasarea i montarea panourilor fotovoltaice mai trebuie luat n considerare amplasarea

- invertoarelor, care asigur transformarea curentului continuu, obinut prin efectul fotovoltaic, n curent alternativ, compatibil cu reeaua urban

- bateriilor, n cazul sistemelor stand alone


ca pri integrate n acoperiuri n pant


nlocuind o poriune de acoperi n pant


Aezate peste nvelitori existente (cu riscuri de perforare, la o insuficient detaliere sau proast execuie, a sistemului de nvelitoare existent):


Acoperiul cu panouri fotovoltaice de la Muggensturm


ca protecie a unor hidroizolaii din PVC


sisteme pentru faade

profile:

trecerea cablurilor electrice prin interiorul profilelor


Sisteme pentru faade

vitraje

termoizolante

stratificate

cu rol de control solar Vitraj termoizolant vitraj stratificat panou semitransparent

www.schott.com/photovoltaic/english/download/asi_glass_integrated_architecture_e.pdf


Sistemele PV integrate n cldiri pot fi adoptate att pentru cldirile noi ct i n cazul cldirilor care se reabiliteaz.

De altfel cldirile reabilitate ar reprezenta o excelent pia de desfacere pentru sistemele PV deoarece odat cu reabilitarea lor complex (structural, funcional, termoenergetic, estetic) ele pot fi nzestrate i cu sisteme PV integrate).


Proiectarea i realizarea sistemelor fotovoltaice implic cunoaterea cantitii de energie solar colectabil pe suprafee orientate.

ntre rile Europei, Romnia beneficiaz de o nsorire peste medie n perioada de var, comparabil cu a Greciei, ar n care tehnologia solar este puternic dezvoltat.

Din pcate n Romnia nici o staie meteorologic nu dispune de o astfel de baz de date i nici nu poate realiza msurri n domeniu (iradierea solar pe suprafee orientate).


Sistemele fotovoltaice, att cele legate la reeaua electric naional ct i cele stand-alone pot reprezenta o investiie atractiv, avnd n vedere aportul de energie electric pe care l reprezint.

Daniel Ruoss, Enecolo Ltd, Introduction in PV and BIPV NSC Meeting Kuala Lumpur2003


Integrarea panourilor fotovoltaice este posibil pentru majoritatea tipurilor de cldiri civile, noi sau existente, pe baza unei analize care presupune luarea n considerare a mai multor factori, ntre care amintim:

- orientarea cldirii - contextul urban - stilul cldirii i perioada de construire a acesteia - sistemul constructiv - implicaiile volumetrice, de materiale, textur i

culoare pe care le presupune apariia pe anvelop a panourilor fotovoltaice, n relaie cu elementele cldirii existente i a celor nvecinate

- cerinele termo-energetice ale cldirii, n raport cu care panourile fotovoltaice pot veni n ntmpinare sau n contradicie


Mediu:

n fabricarea de celule solare se utilizeaz parial i materiale duntoare sntii i mediului. Exemplu n acest sens prezint celulele cu strat subire CdTe i arseniura de galiu i mult discutatele celule solare de tip CIS i CISG. Producia n mas i utilizarea pe suprafee extinse a acestora trebuie bine cntrit. i producia de celule cu siliciu tradiionale ascunde pericole pentru mediu.


Durabilitate Prin mbtrnire nelegem modificarea

parametrilor de funcionare a elementelor semiconductoare a celulelor solare n timp. n cazul de fa n special scderea randamentului pe parcursul vieii acestora.

Perioada luat n considerare este de cca 20 ani, n condiii de utilizare terestr, randamentul scade cu cca 10 %, pe cnd n spaiu acest procent se atinge ntr-un timp mult mai scurt datorit cmpurilor de radiaii mult mai puternice.


Pierderea de randament n utilizare se datoreaz n multe cazuri unor cauze banale independente de celulele solare: murdrirea suprafeelor sticlei de protecie a modulelor, mucegirea pornind de la rama modulului, umbrirea modulelor de ctre vegetaia din jur crescut ntre timp, inglbirea polimerilor care constituie materialul de contact ntre celul i sticl.


PANOURI FOTOVOLTAICEPANOURI FOTOVOLTAICEPANOURI FOTOVOLTAICEPANOURI FOTOVOLTAICESlide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22PANOURI FOTOVOLTAICESlide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34Slide Number 35PANOURI FOTOVOLTAICEtipuri de celule fotovoltaiceSlide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Slide Number 44PANOURI FOTOVOLTAICEPANOURI FOTOVOLTAICESlide Number 47Slide Number 48Slide Number 49Slide Number 50Slide Number 51Slide Number 52Slide Number 53Slide Number 54Slide Number 55Slide Number 56Slide Number 57Slide Number 58Slide Number 59Slide Number 60Slide Number 61Slide Number 62Slide Number 63Slide Number 64Slide Number 65Slide Number 66Slide Number 67Slide Number 68Slide Number 69Slide Number 70Slide Number 71Slide Number 72Slide Number 73Slide Number 74Slide Number 75Slide Number 76Slide Number 77Slide Number 78

fotovoltaice2008.pdf

Documents