SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE BATERIA SOLARA

INTRODUCERE

Efectul fotovoltaic

Efectul de apariie a unei tensiuni electromotoare, sub aciunea energiei solare, denumit efect fotovoltaic, a fost descoperit de fizicianul francez Alexandre-Edmond Becquerel, n anul 1839, care numai la varsta de 19 ani descopera efectul fotovoltaic in timpul unui experiment cu o celula electrolitica facuta din doi electrozi de metal. Acesta a descoperit ca anumite material pot produce mici cantitati de energie atunci cand sunt expuse la lumina. 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).

Capitolul 1- Materiale utilizate in constructia bateriilor fotovoltaiceCelula fotovoltaica

Prima celula solara a fost construita de Charles Fritts care a acoperit seleniul semiconductor cu un film subtire de aur pentru a forma o jonctiune metal semiconductor. Dispozitivul avea o eficienta de 1%. Celulele solare au devenit uz practice ca surse de energie dupa ce Russel Ohl, in anul 1941, a dezvoltat tehnologia jonctiunilor p-n ce a permis atingerea unor eficiente mai mari de 5% prin anii 1950-1960. Astazi celulele solare dezvoltate la nivel de laborator ating eficiente > 20%, iar la nivel industrial se situeaza in medie la 13%. Daryl Chapin, Calvin Fuller si Gerald Pearson au inventat primul dispozitiv practice de conversie a energiei solare in energie electrica cu o eficienta de 6%. Prima baterie de cellule solare a fost construita in aprilie, 1954. Primul panou solar a fost folosit pe satelitul Vanguard 1 lansat in martie 1958. Acest eveniment a creat interes pentru producerea si lansarea de comunicatii geostationare cu sateliti alimentati cu energie electrica de la panouri solare. Celulele fotovoltaice pot fi realizate din mai multe material semiconductoare, dar peste 95% din celulele solare sunt realizate din siliciu (Si), care este al doilea element chimic cel mai raspandit in scoarta teresta, reprezentand cca. 25% din aceasta, deci este dispozitiv in cantitati suficiente, fiind astfel si ieftin. In plus, procesele de prelucrare a acestui material nu sunt agresive pentru mediul ambiant. Elemente constructive

O celula fotovoltaica este alcatuita din doua straturi de siliciu semiconductor dopat. Fotonii din radiatia solar ace cad pe siliciu sunt absorbiti inducant procese de generare de electroni liberi. Doparea siliciului cu diferite metale/nemetale intensifica generarea de sarcini electrice. n vederea fabricrii celulelor fotovoltaice, Si este impurificat (dopat) 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. Doparea cu fosfor induce in siliciu negative suplimentare. Siliciu dopat cu fosfor se numeste dopat n sau N-Si. Siliciu dopat n este un conductor electric mai bun decat siliciu monocristalin pur (fosforul are valenta 5, iar siliciu valenta 4).

Capitolul 2 Efectul fotovoltaic in jonctiuni de semiconductori

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 de tipul celei reprezentate schematic n figura de mai jos: Jonctiune 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 electrica 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). Apariia unei diferene de potenial electric n zona jonciunii p-n

Semiconductorii cu exces de electroni se numesc de tip n. Electronii ce se deplaseaza sa umple un gol va lasa in urma legaturii covalenta goala pe care alti electroni vor incerca sa o completeze. In acest sens golurile apar a se deplasa ca sarcini positive prin cristal. Acesta este un semiconductor de tip p.

In concluzie o component esentiala a unei cellule fotovoltaice este jonctiunea p-n. Jonctiunea p-n se formeaza atunci cand un semiconductor de tip p si un semiconductor de tip n sunt in contact, deci au o suprafata comuna. Initial in jonctiunea p-n electronii vor merge in directia n-p datorita densitatii de electroni mai mare in materialul de tip n decat in cel de tip p si datorita densitatii de goluri mai mare in banda de valenta pentru materialul de tip p decat cel de tip n.

Limite Cele mai importante caracteristici ale celulelor fotovoltaice sunt ca i n cazul bateriilor: Tensiunea; Intensitatea curentului electric; Puterea electric. Tensiunea util a celulelor fotovoltaice, ca i intensitatea curentului electric asigurat, depind semnificativ de natura materialului semiconductor utilizat la fabricaie, ca i de dimensiunile acestor celule. n figura urmatoare este reprezentat variaia tensiunii i a intensitii curentului electric asigurate de o celul fotovoltaic realizat din siliciu i avnd dimensiunile de 10x10cm.

Tensiunea i intensitatea curentului electricasigurate de o celul fotovoltaic din Si, la diferite intensiti ale radiaiei solare

Se observ c tensiunea maxim care poate fi asigurat de celulele fotovoltaice rtealizate din acest material este de aproximativ 0,5V. Valoarea tensiunii maxime care poate fi asigurat, depinde foarte puin de intensitatea radiaiei solare, dar valoarea intensitii curentului electric, depinde sensibil de acest parametru, prezentnd o variaie ntre 0,4A n cazul unei radiaii solare de 200W/m2 i 2,2A ncazul unei radiaii solare de 1000W/m2.

Trebuie menionat i faptul c performanele panourilor fotovoltaice sunt dependente de temperatur. Astfel cu ct crete temperatura, cu att scade i eficiena panourilor fotovoltaice de a converti energia radiaiei solare n curent electric. Se poate considera, ca valoare orientativ, o reducere a eficienei panourilor fotovoltaice cu 0,3%, pentru fiecare grad de cretere a temperaturii. De regul performanele electrice ale panourilor fotovoltaice sunt indicate la temperatura de 25C. Este evident c din acest punct de vedere, cea mai eficient conversie a energiei solare n energie electric este realizat n spaiul cosmic, unde temperatura este apropiat de 0K. Concluzie

Fotovoltaic inseamna electricitate din lumina. Sistemele fotovoltaice folosesc lumina zilei pentru a aproviziona cu curent electric un echipament electric normal, de exemplu, aparate casnice, calculatoare si luminare. Procesul fotovoltaic transforma energia solara gratuita cea mai abundenta sursa de energie de pe planeta direct in curent electric. Echipamentul fotovoltaic nu are parti care se misca, deci necesita reparatii minime. El genereaza curent electric fara sa produca emisii sau efectul de sera, sau orice alte gaze, si modul sau de functionare este foarte silentios. Bateriile sunt adesea folosite in sistemele fotovoltaice cu scopul de a stoca energia produsa de matricele fotovoltaice pe intervalul zilei, si pentru a il da mai departe la incarcarile de electiricate, cand este nevoie ( pe timpul noptii si vreme de cer innorat ).

Bibliografie www.wikipedia.ro , www.scribd.com, www.termo.utcluj.ro.

CUPRINS

1. Introducere in surse alternative de energie- bacteria solara..1

2. Capitolul 1 Materiale utilizate in constructia bateriilor fotovoltaice 2

3. Capitolul 2 Efectul fotovoltaic in jonctiuni de semiconductori4

4. Limite..5

5. Concluzii7

6. Bibliografie.7