putem genera mai multa energie cu panourile fotovoltaice? · panoul fotovoltaic standard are o rata...
TRANSCRIPT
1 / 8
Versiunea Septembrie 2013
Putem genera mai multa energie cu panourile fotovoltaice?
Raspunsul este DA!
O piata cu o crestere rapida
Panourile fotovoltaice (panouri FV) genereaza energie electrica prin conversia radiatiei solare in energie
electrica, utilizand materiale semiconductoare care dezvolta efectul fotoelectric. Popularitatea
panourilor fotovoltaice a crescut dramatic ca urmare a cererii in crestere pentru surse de energie
regenerabila. Asa cum arata si Figura 1 de mai jos, in anul 2012, capacitatea instalata la nivel global a
panourilor fotovoltaice a depasit 102 GW, cu mai mult de 120 TWh/an generati!
Este interesant de remarcat faptul ca, peste 65% din capacitatea instalata la nivel global se gaseste in
Uniunea Europeana, doar Germania detinand aproape 32% din capacitatea globala instalata.
Figura 1: Capacitatea fotovoltaica instalata la nivel global
Tehnologia celulelor solare
Desi tehnologia celulelor solare variaza, majoritatea se incadreaza in trei categorii: celule pe baza de
siliciu - strat subtire, celule pe baza de siliciu - policristaline si celule pe baza de siliciu - monocristaline.
Conform GTM Research, in anul 2012, cota de piata pentru celulele solare cu strat subtire era de 11%, in
comparatie cu 89% pentru celulele solare pe baza de siliciu, fie ele mono sau policristaline. Panourile
solare “thin film” (strat subtire) sunt mai ieftine si mai usoare decat panourile solare “traditionale”
realizate cu siliciu (chiar daca acest lucru s-a schimbat in ultima perioada) si pot fi realizate dintr-o
multitudine de materiale fotovoltaice, cum ar fi telulura de cadmiu. Panourile fotovoltaice cu strat
subtire au cea mai mica eficienta dintre cele trei categorii amintite si detin 12% din modulele produse
comercial.
2 / 8
Versiunea Septembrie 2013
Panourile fotovoltaice
instalate acopera o
suprafata de 680
milioane de m2.
Modulele solare policristaline – panouri rectangulare albastre sau negre acoperite cu sticla – au o
eficienta sporita, in jur de 15%.
Modulele solare monocristalinele au cea mai mare rata de eficienta, avand valori cuprinse intre 18% -
20%, performanta acestora nefiind afectata foarte mult de mediile extrem de fierbinti (in comparatie cu
modulele policristaline). In acelasi timp, modulele solare monocristaline sunt si cele mai scumpe. Aceasta
tehnologie este foarte folosita pe acoperisuri care au disponibila o suprafata mare.
Povestea din spatele sticlei fotovoltaice
La construirea panourilor fotovoltaice se foloseste o folie de protectie pentru sticla, cu scopul de a
proteja celulele generatoare de energie de deteriorarile mecanice. Estimarile privind eficienta, amintite
anterior, au fost realizate pe baza presupunerii ca
sticla este complet transparenta si ca transparenta
acesteia nu este afectata de depunerile de praf sau
de umiditate. Aceasta este, evident, o estimare
nerealista, deoarece panourile fotovoltaice sunt
montate, in general, pe campuri, acolo unde se
gaseste destul de mult praf. Experienta practica
arata ca mentenanta panourilor fotovoltaice
presupune curatarea frecventa a acestora, cu
costuri si consumuri mari de apa, ceea ce este
complet in contradictie cu ideea originara de
“generare a unei energii durabile”.
Panoul fotovoltaic standard are o rata de incarcare de aproximativ 1.000 W/m2, desi panourile solare
actuale au un castig de eficienta energetica de 15 – 20%. De aceea, un panou solar de 1 (un) metru patrat
va produce in jur de 150 – 200 W, in conditii optime de lumina solara. Daca
luam in considerare faptul ca majoritatea panourilor sunt policristaline,
putem estima ca acestea acopera o suprafata de 680 milioane de metri
patrati (102 GW / 150 W pe m2)! Adica, o suprafata extrem de mare de
intretinut pentru a putea maximiza productia de energie electrica. Ca
urmare a faptului ca subventiile pentru energia generata de panourile
fotovoltaice au scazut dramatic in numeroase tari, proprietarii de parcuri fotovoltaice se vad nevoiti sa
maximizeze productia de energie prin mentinerea curata a panourilor.
Ce este SurfaShield® G?
SurfaShield® G este o solutie nanotehnologica pe baza de apa, special dezvoltata pentru suprafetele din
sticla. Nanoparticulele continute in solutie adera chimic pe suprafata tratata, aceasta devenind
superhidrofila si dobandind proprietati de anti-aburire. SurfaShield® G transforma sticla intr-un
fotocatalizator: utilizand radiatia ultravioleta (UV), nefolositoare pentru panourile fotovoltaice,
SurfaShield® G descompune materialul organic si elimina eficient petele organice, bacteriile, fungii,
poluantii gazosi, chiar si mirosurile neplacute.
SurfaShield® G mentine panourile fotovoltaice curate si maximizeaza productia de energie
3 / 8
Versiunea Septembrie 2013
Geamul tratat cu
SurfaShield® G
este mult mai
transparent decat
cel netratat.
Transparenta
Prima intrebare care ne-ar putea fi adresata este: “Poate aplicarea unui film protector pe suprafata unui
panou fotovoltaic sa reduca transparenta geamului si, ca urmare, sa reduca si puterea generata de
acesta?”.
Raspunsul este suprinzator si usor de inteles, o data ce se observa transparenta unui geam tratat cu
SurfaShield® G vs. un geam netratat. Asa cum reiese si din Figura 2, transparenta geamului tratat cu
SurfaShield® G creste in intervalul lungimilor de unda de interes. Mai exact,
energia necesara pentru trecerea unui electron din starea de echilibru a
cristalului semiconductor intr-o stare conductoare este clar determinata. Energia
unui foton este determinata de lungimea sa de unda. Fotonii cu o lungime de
unda mica au o energie mai mare decat fotonii cu lungimea de unda mare.
Pentru panourile fotovoltaice, fotonii cu lungimi de unda mai mari de 400 nm,
dar mai mici de 1100 nm, au exact energia necesara pentru a determina saltul
unui electron si pentru a produce energie. In Figura 2 putem observa cum sticla tratata cu SurfaShield® G
inregistreaza o transparenta imbunatatita cu aproape 3% in zona lungimilor de unda de interes. Acesta
este un beneficiu imediat, rezultatul fiind ca semiconductorul va primi mai multa energie. SurfaShield® G
este activat doar de fotonii din spectrul UV (sub 390nm) care nu sunt suficient de puternici pentru a
genera efectul fotoelectric si, in consecinta, nu sunt nici suficient de puternici pentru a produce energie.
Cum rezolvam problema acumularii/depunerilor de praf?
“Cum poate SurfaShield® G sa reduca depunerile de praf” de pe panourile fotovoltaice, stiut fiind faptul
ca aceste depuneri de praf reduc cantitatea de lumina ce ajunge la panouri?
4 / 8
Versiunea Septembrie 2013
SurfaShield® G face ca
geamul tratat sa devina
antistatic, reducand
depunerile de praf.
Sticla folosita la panouri este un izolator. Izolatorii pot fi incarcati cu energie electrostatica si, ca urmare,
acestia vor atrage particulele de praf cu sarcina opusa. Datorita faptului ca
SurfaShield® G este un semiconductor, aplicarea acestuia va creste
conductibilitatea suprafetei de sticla, astfel ca praful nu va mai adera cu
aceeasi usurinta la suprafata tratata. Suprafetele din sticla tratate cu
SurfaShield® G vor deveni antistatice, astfel reducandu-se substantial
depunerile de praf. In Figura 3a puteti vedea un caz concret al rezultatelor
aplicarii SurfaShield® G pe doua panouri alaturate: depunerile de praf de pe panoul fotovoltaic tratat
fiind semnificativ reduse fata de cele de pe panoul netratat. Este interesant de observat si faptul ca,
majoritatea prafului care nu s-a mai “prins” de suprafata panoului tratat a alunecat si s-a strans in partea
inferioara a panoului (Figura 3b).
Figura 3a: Panoul netratat (dreapta) este mult mai prafuit decat panoul tratat (stanga).
Figura 3b: Praful de pe panoul tratat (stanga) nu s-a “lipit” de suprafata si a alunecat in partea inferioara a ramei de aluminiu.
Ploaia: prieten sau dusman?
De obicei, atunci cand ploua, ne asteptam ca pe suprafetele din sticla, geam sa ramana urme de pete de
la picaturile de ploaie. Aceste pete se formeaza deoarece apa se concentreaza in anumite zone ale
geamului/sticlei, colectand praful si/sau poluantii deja existenti pe geam/sticla sau in mediul inconjurator.
Oare un panou fotovoltaic tratat cu SurfaShield® G se va comporta diferit?
5 / 8
Versiunea Septembrie 2013
SurfaShield® G face ca
geamul tratat sa devina
superhidrofila si, ca
urmare, acesta este mult
mai usor de curatat.
Utilizarea SurfaShield® G poate
duce la cresterea puterii de
generare a panourilor cu mai
mult de 5%.
SurfaShield® G face ca geamul/sticla tratat(a) sa devina superhidrofil(a). Suprafetele hidrofile sunt
suprafete ce au o afinitate pentru apa. Astfel, picaturile de apa ce vor
cadea pe suprafata hidrofila vor fi “dezmembrate” ca rezultat al actiunii
fortelor de atractie prezente in jurul fiecarei picaturi. Ca urmare,
picaturile de ploaie se vor imprastia si vor aluneca mult mai usor pe
suprafata panoului. In acest fel, ploaia va fi cea care va curata suprafata
panoului iar suprafetele de sticla vor putea fi considerate “usor de
curatat” (easy-clean).
Aplicatii practice in viata de zi cu zi
Universitatea Tehnica Nationala din Atena a realizat o aplicatie practica in cadrul Parcului tehnologic si
cultural din Lavrion, Grecia (φ=37° 42’). Locul instalarii l-a reprezentat o zona industriala poluata situata
in apropierea marii. Au fost folosite doua panouri fotovoltaice identice, monocristaline produse de
Sunrise Solartech (SRM-80P): unul a fost tratat cu SurfaShield® G, celalalt fiind lasat netratat. Ambele au
fost expuse aceluiasi mediu (natural). Graficul de mai jos arata diferenta dintre puterea generata (ΔP) de
panoul tratat si puterea generata de panoul netratat, pe o perioada de timp de 6 luni.
Figura 4: Modificari ale puterii generate de panouri tratate vs. panouri netratate cu SurfaShield® G.
In Figura 4 se poate observa ca, dupa aplicarea tratamentului cu SurfaShield® G (la 1 iunie 2012),
productia de energie electrica a crescut la 2,83%. Aceasta valoare
se datoreaza cresterii transparentei panoului, subiect despre care
am discutat anterior. In conditiile expunerii la aceiasi factori de
mediu extern, puterea generata de panoul tratat cu SurfaShield®G
a depasit cu 5% puterea panoului netratat! Diferenta in ce priveste
6 / 8
Versiunea Septembrie 2013
SurfaShield® G creste
puterea de generare a
energiei, transformand
suprafetele tratate in
suprafete antireflex.
generarea de energie este semnificativa si se traduce in mod direct in: cresterea eficientei panourilor
solare si in cresterea veniturilor operatorilor.
Este de mentionat ca, un varf/o crestere semnificativa a productiei de energie se inregistreaza la
inceputul lunii octombrie. Este cunoscut faptul ca in
Europa sunt cateva sezoane in care ploile aduc nisip din
Sahara. Ca urmare, suprafetele exterioare sunt afectate de
pete rosiatice (fenomenul producandu-se chiar in nordul
Europei, in Scotia). In cazul de fata (aplicatia practica
realizata de Universitatea Tehnica Nationala din Atena),
panoul tratat cu SurfaShield® G va ramane mult mai curat
ca urmare a proprietatilor de autocuratire dobandite prin
tratare, chiar daca acesta va fi expus unor conditii
extreme.
Examinand functionarea panoului in timpul unei zile insorite (Figura 5) se poate observa atat diferenta de
putere generata (ΔP), de-a lungul zilei, de panoul tratat si de cel netratat, cat si diferentele de radiatie
solara incidenta (R). Per total, puterea generata de panoul tratat cu
SurfaShield® G va fi mai mare cu cel putin 5% decat puterea generata
de panoul netratat. De asemenea, diferente semnificative se
inregistreaza si in ce priveste puterea generata (ΔP) in timpul diminetii
si al serii. Aceasta demostreaza clar proprietatile antireflex ale
tratamentului cu SurfaShield® G: chiar daca soarele formeaza cu
orizontul un unghi abrupt (avand loc, in mod normal, o reflexie
puternica a razelor solare), suprafata de sticla tratata va absorbi mult
mai bine radiatia solara. Aceasta inseamna ca, SurfaShield® G are capacitatea de a “strange” mult mai
eficient fotonii din spectrul solar colectat de panourile fotovoltaice, mai ales atunci cand acestia sunt in
cantitati reduse (dimineata si seara).
7 / 8
Versiunea Septembrie 2013
SurfaShield® G creste puterea
de generare a energiei,
transformand suprafetele
tratate in suprafete antireflex.
Figura 5: Modificari ale puterii generate in cursul unei zile insorite.
Cu toate acestea, majoritatea panourilor fotovoltaice nu sunt instalate in zone cu conditii similare zilelor
insorite, zile de vara, din Grecia. De aceea, este important sa analizam comportamentul panourilor si in
zile innorate. Asa cum arata Figura 6, diferenta de putere generata
(ΔP) se maximizeaza in zilele cu luminozitate redusa/innorate.
Concret, atunci cand radiatia solara incidenta (R) scade, cresc
semnificativ diferentele de putere generata (ΔP). Astfel, se
demonstreaza cum un panou tratat cu SurfaShield® G este mult
mai eficient in cursul zilelor innorate (desi este evident faptul ca, in
zilele innorate, puterea generata de panourile fotovoltaice este drastic redusa).
Figura 6: Modificari ale puterii generate in cursul unei zile innorate.
8 / 8
Versiunea Septembrie 2013
In concluzie, s-a demonstrat ca SurfaShield® G aplicat pe panourile fotovoltaice determina o crestere
semnificativa a puterii generate, din mai multe motive:
in primul rand - cresterea transparentei si efectul antireflex sunt elemente ce conduc la obtinerea
de beneficii imediate, masurabile, datorate imbunatatirii caracteristicilor optice ale sticlei;
in al doilea rand – proprietatile dobandite (suprafata antistatica, superhidrofilica, cu efect de
autocuratare) fac ca panoul fotovoltaic sa fie mai curat.