Investeşte in oameni !

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Axa prioritară 3 ,,Creșterea adaptabilității lucrătorilor și a intreprinderilor”

Domeniul major de intervenţie 3.1 „Promovarea culturii antreprenoriale”

Numărul de identificare al contractului: POSDRU/92/3.1/S/50933

Titlul proiectului: Centru pentru Promovarea Antreprenoriatului in Domeniul Dezvoltării Durabile

1.08.2010-31.07.2013

ANALIZA SI PROIECTAREA ECOLOGICA

A PANOURILOR FOTOVOLTAICE

COORDONATOR,

PROG. DR. ING. LIVIU BRANDUSAN

MASTERAND,

ANCA DOLHA (RUSU)

CAMPIA TURZII

2012

2

Introducere

Un panou solar fotovoltaic transforma energia luminoasa din razele solare direct în energie

electrica. Componentele principale ale panoului solar reprezinta celulele solare.

Panourile solare se utilizeaza separat sau legate în baterii pentru alimentarea consumatorilor

independenti sau pentru generarea de curent electric ce se livreaza în reteaua publica.

Un panou solar este caracterizat prin parametrii sai electrici cum ar fi tensiunea de mers în

gol sau curentul de scurtcircuit.

Pentru a îndeplini conditiile impuse de producerea de energie electrica, celulele solare se vor

asambla în panouri solare utilizand diverse materiale, ceea ce va asigura:

protectie transparenta împotriva radiatiilor si intemperiilor

legaturi electrice robuste

protectia celulelor solare rigide de actiuni mecanice

protectia celulelor solare si a legaturilor electrice de umiditate

asigurare unei raciri corespunzatoare a celulelor solare

protectia împotriva atingerii a elementelor componente conducatoare de electricitate

posibilitatea manipularii si montarii usoare

3

1.1 Elementele necesare constructiei unui panou solar obisnuit

Un geam (de cele mai multe ori geam securizat monostrat) de protectie pe fata expusa la

soare,

Un strat transparent din material plastic (etilen vinil acetat, EVA sau cauciuc siliconic) în

care se fixeaza celulele solare,

Celule solare monocristaline sau policristaline conectate între ele prin benzi de cositor,

Caserarea fetei posterioare a panoului cu o folie stratificata din material plastic rezistent la

intemperii fluorura de poliviniliden (Tedlar) si Polyester,

Priza de conectare prevazuta cu dioda de protectie respectiv dioda de scurtcircuitare (vezi

mai jos) si racord,

O rama din profil de aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare si

montare, pentru fixare si rigidizarea legaturii

1.2 Celula solara

O celula solara consta din doua sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai

întalnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsa între 0,001 si 0,2 mm si sunt dopate cu

anumite elemente chimice pentru a forma jonctiuni „p” si „n”. Aceasta structura e similara cu a unei

diode. Cand stratul de siliciu este expus la lumina se va produce o „agitatie” a electronilor din

material si va fi generat un curent electric.

Celulele, numite si celule fotovoltaice, au de obicei o suprafata foarte mica si curentul

generat de o singura celula este mic dar combinatii serie, paralel ale acestor celule pot produce

curenti suficient de mari pentru a putea fi utilizati în practica. Pentru aceasta, celulele sunt

încapsulate în panouri care le ofera rezistenta mecanica si la intemperii.

Clasificare

Celulele solare pot fi clasificate dupa mai multe criterii.

Cel mai folosit criteriu este dupa grosimea stratului materialului. Aici deosebim celule cu

strat gros si celule cu strat subtire.

Un alt criteriu este felul materialului: se întrebuinteaza, de exemplu, ca materiale

semiconductoare combinatiile CdTe, GaAs sau CuInSe, dar cel mai des folosit este siliciul.

4

Dupa structura de baza deosebim materiale cristaline(monocristaline fabricate din pastile de

siliciu monocristalin /policristaline fabricate fabricate din mai multe cristale mici ) respectiv amorfe.

În fabricarea celulelor fotovaltaice pe langa materiale semiconductoare, mai nou, exista

posibiltatea utilizarii si a materialelor organice(celulele pe baza de compusi organici prezinta un

impedient , faptul ca aceste celule au un randament redus si o durata de viata redusa, max 5000h)

sau a pigmentilor organici (procedura se bazeaza pe efectul de fotosinteza).

Celule pe baza de siliciu

Strat gros

Celule monocristaline (c-Si) randament mare - în productia în serie se pot atinge pana la peste 20 %

randament energetic, tehnica de fabricatie pusa la punct; totusi procesul de fabricatie este energofag,

ceea ce are o influenta negativa asupra periodei de recuperare (timp în care echivalentul energiei

consumate în procesul de fabricare devine egal cantitatea de energia generata).

Celule policristaline (mc-Si) la productia în serie s-a atins deja un randament energetic de peste la

16 %, cosum relativ mic de energie în procesul de fabricatie, si pana acum cu cel mai bun raport pret

– performanta.Acestea pot fi fabricate de exemplu prin procedeul de turnarem sunt mai ieftine si ca

atare cele mai raspandite in productia de dispozitive fotovoltaice.

Strat subtire

Celule cu siliciu amorf (a-Si) constau dintr-un strat subtire de siliciu amorf (fara cristalizare) si din

aceasta cauza se numesc celule cu strat subtire.Se pot produce prin procedeul de condensare de

vapori de siliciu si sunt ieftine, dar au un randament scazut in spectrul de lumina solara, totusi au

avantaje la lumina slaba; randament energetic al modulelor de la 5 la 7 ; se utilizeaza la

calculatoarele de buzunar si ceasuri.

Celule pe baza de siliciu cristalin, microcristalele, au un randament mai bun decat celulele amorfe si

nu au un strat ata de gros ca si celulele policristaline. Se utilizeaza partial la fabricarea de panouri

fotovoltaice, dar nu sunt atat de raspandite.

Moduri de constructie

Pe langa materia prima o importanta mare prezinta tehnologia utilizata. Se deosebesc diferite

structuri si aranjamente în care se depun electrozii de acoperire transparenti a caror rezistenta nu este

deloc neglijabila.

5

Alte tehnici vizeaza marirea eficientei asigurand absorbtia unui spectru de frecventa cat mai

larg prin suprapunerea mai multor materiale cu diferite caracteristici de absorbtie. Se încearca

selectarea materialelor în asa fel încat spectrul luminii naturale sa fie absorbit la maximum.

Actualmente celulele solare pe baza de materiale semiconductoare cele mai des

comercializate sunt cel pe baza de siliciu.

Celulele solare pe baza de materiale semiconductoare utilizate pentru producerea de energie

electrica sunt legate în module.

Pe un modul se afla mai multe randuri de celule solare conectate în serie între ele pe fata si

pe reversul modulului permitand, datorita tensiunii însumate, utilizarea unor conductori cu sectiune

mai mica decat la legarea în paralel. Pentru protejarea unei celule solare împotriva efectului de

avalansa în jonctiune, datorata potentialului mai mare (aparuta de exemplu la umbrirea partiala a

modulului), trebuie incorporate paralel cu celulele solare diode de protectie(bypass).

Sistemele de panouri solare sunt înzestrate uneori cu mecanisme de orientare, panoul fiind în

permanenta directionat pentru a exploata la maximum energia solara incidenta. Randamentul

termodinamic maxim teoretic pentru producerea de energie din lumina solara este de 85 %. Acesta

se calculeaza din temperatura suprafetei soarelui(5800 °K), temperatura maxima de absorbtie(<2500

°K, tempertura de topire a materialelor greu fuzibile) si temperatura mediului înconjurator(300 °K).

Daca se utilizeaza doar o portiune din spectrul luminii solare, valoarea teoretica se reduce în functie

de lungimea de unda, pana la 5-35 %. Neutilizarea spectrului complet este una din dezavantajele

celulelor solare fata de centralele solare termice.

Principiu de functionare

Celulele solare pe baza de materiale semiconductoare în principiu sunt construite ca niste

fotodiode cu suprafata mare care însa nu se utilizeaza ca detectoare de radiatii ci ca sursa de curent.

Interesant la acest tip de semiconductoare este ca prin absorbtie de energie (caldura sau

lumina) elibereaza purtatori de sarcina (electroni si goluri). Este nevoie de un camp electrostatic

intern pentru ca din acesti purtatori sa se creeze un curent electric dirijandu-i în directii diferite.

Acest camp electric intern apare în dreptul unei jonctiuni p-n. Pentru ca intensitatea fluxului

luminos scade exponential cu adancimea, aceasta jonctiune este necesar sa fie cat mai aproape de

suprafata materialului si sa se patrunda cat mai adanc.

6

Aceasta jonctiune se creeaza prin impurificarea controlata. Pentru a realiza profilul dorit, în

mod normal se impurifica „n” un strat subtire de suprafata si „p” stratul gros de dedesubt în urma

caruia apare jonctiunea. Sub actiunea fotonilor apar cupluri electron-gol în jonctiune, din care

electronii vor fi accelerati spre interior, iar golurile spre suprafata. O parte din aceste cupluri

electron-gol se vor recombina în jonctiune rezultand o disipare de caldura, restul curentului putand fi

utilizat de un consumator, încarcat într-un acumulator sau prin intermediul unui invertor livrat în

reteaua publica.

Tensiunea electromotare maxima la bornele unei celule solare (de exemplu la cele mai

utilizate, celulele de siliciu cristaline) este de 0,5 V. Structura celulelor solare se realizeaza în asa

mod încat sa absoarba cat mai multa lumina si sa apara cat mai multe sarcini in jonctiune. Pentru

aceasta electrodul de suprafata trebuie sa fie transparenta, contactele la acest strat sa fie pe cat

posibil de subtiri, pe suprafata se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micsora gradul de

reflexie a luminii incidente. Acestui strat antireflectorizant i se atribuie culoare negru-albastruie a

celulelor solare care fara aceasta ar avea o culoare gri-argintie.

La celulele solare moderne se obtine din nitrat de siliciu prin procedeul PE-CVD(pe o

suprafata încalzita se depun în urma unei reactii chimice componente extrase dintr-o faza gazoasa)

un stratul antireflectorizant de cca 70 nm grosime (sfert de lungime de unda la un coeficient de

refractie de 2,0). Se mai utilizeaza straturi reflectorizante din SiO2 si TiO2 ce se depun prin

procedeul AP-CVD.

Grosimea stratului influenteaza culoarea celulei (culoarea de interferenta). Grosimea

stratului trebuie sa fie cat se poate de uniforma, deoarece abateri de cativa nanometri maresc gradul

de reflexie. Celulele îsi datoreaza culoarea albastra realizarii unei grosimi ce corespunde lungimii de

unda a culorii rosii, culorea cea mai bine absorbita de siliciu. În principiu însa în acest mod se pot

realiza celule rosii, galbene, sau verzi la cerinte arhitectonice deosebite, dar vor avea un randament

mai slab. În cazul nitratului de siliciu si a bioxidului de siliciu stratul antireflectorizant mai are si un

rol de a reduce viteza de recombinare superficiala.

1.3 Fabricarea panoului solar

Fabricarea începe întotdeauna de pe partea activa expusa la soare. La început se pregateste si

se curata un geam de marime corespunzatoare. Pe acesta se aseaza un strat de folie de etilen vinil

acetat, EVA adaptat profilului celulelor solare utilizate. Celulele solare vor fi legate cu ajutorul

7

benzilor de cositor în grupe (siruri - strings) care mai apoi se aseaza pe folia de EVA dupa

care se face conectarea grupelor între ele si racordarea la priza de legatura prin lipire. În final totul

se acopera cu o folie EVA si peste aceasta o folie tedlar. Pasul urmator consta în laminarea panoului

în vacuum la 150 °C. În urma laminarii din folia EVA plastifiata, prin polimerizare, se va obtine un

strat de material plastic ce nu se va mai topi si în care celulele solare sunt bine incastrate si lipite

strans de geam si folia de tedlar. Dupa procesul de laminare, marginile se vor debavura si se va fixa

priza de conectare în care se vor monta diodele de bypass. Totul se prevede cu o rama metalica, se

masoara caracteristicile si se sorteaza dupa parametrii electrici dupa care se împacheteaza.

1.4 Caracteristici technice

Parametrii unui panou solar se stabilesc, la fel ca si cei pentru celule solare, pentru conditii de test

standard.

Prescurtari ale termenilor mai des utilizati

SC: Short Circuit - Scurtcircuit

OC: Open Circuit – Mers în gol

MPP: Maximum Power Point – Punctul de putere maxima

Caracteristicile unui panou solar sunt:

Tensiunea de mers în gol UOC

Curent de scurtcircuit ISC

Tensiunea în punctul optim de functionare UMPP

Curentul în punctual de putere maxima IMPP

Putere maxima PMPP

Factor de umplere FF

Coeficient de modificare a puterii cu temperatura celulei

Randamentul celulei solare η

Incapsulare durabila a elementelor componente are o importanta foarte mare deoarece

umiditatatea ce ar putea patrunde ar afecta durata de viata a panoului solar prin coroziune si prin

scurtcircuitarea legaturilor dintre elementele prin care trece curent electric.

Dioda pentru mers în gol (Bypass)

Daca se conecteaza mai multe module în serie, este necesar sa montam cate o dioda antiparalel cu

8

fiecare panou. Curentul maxim si tensiunea de strapungere ale diodei trebuie sa fie cel putin egale cu

curentul si tensiunea panoului. De multe ori se utilizeaza diode de redresare de 3 Amper / 100 Volt.

Dioda pentru mers în gol este conectata la bornele de legatura ale fiecarui panou astfel încat în regim

normal de functionare (panoul debiteaza curent) are la borne tensiune inversa (catodul diodei legat

la polul pozitiv al panoului). Daca panoul ar fi umbrit sau s-ar defecta nu ar mai debita curent,

polaritatea tensiunii la borne s-ar schimba si acesta s-ar defecta, sau în cel mai bun caz randamentul

acelui lant de module ar scadea. Acest lucru este împiedicat de dioda bypass care preia curentul în

acest caz.

1.5 Tipuri de panouri

panouri laminate sticla-sticla

panouri sticla-sticla utilizand rasini aplicate prin turnare

panouri cu strat subtire (CdTe, CIGSSe, CIS, a-Si) pe suprafete de sticla sau aplicate ca folie

flexibila

panouri concentrator

Lumina solara se concentreaza cu ajutorul unui dispozitiv Optic pe celule solare de dimensiuni mai

mici. Astfel utilizand lentile comparativ mai ieftine pentru a crea un fascicol de lumina mai subtire,

se economiseste material semiconductor care este mai scump. Sistemele cu concentrator sunt

utilizate de cele mai multe ori la celule solare din semiconductori pe baza de elemente din grupa III-

V. Pentru ca utilizarea lentilelor impune ca razele solare sa cada perpendicular pe acestea, va fi

nevoie de un sistem de orientare mecanica în functie de pozitia soarelui.

Colector cu fluorescenta

Acest tip deosebit de panou solar transforma lumina incidenta, prin intermediul unui strat de

material sintetic, în radiatie de o lungime de unda acordata pe frecventa de absorbtie maxima din

celula solara. În acest scop materialul sintetic este impurificat cu un pigment fluorescent. Lumina

solara este absorbita de pigment si reemisa cu o lungime de unda mai mare. Aceasta lumina generata

paraseste stratul de material sintetic doar pe o anumita directie bine determinata pe toate celelalte

directii fiind reflecteta si astfel retinuta în material. Pe directia emisie se aseaza celulele solare ce

sunt optimizate pe lungimea de unda emisa de pigment. Prin aplicare mai multor straturi de material

sintetic si celule solare acordate pe lungimi de unda diferite, se poate mari randamentul deoarece se

poate acoperi un spectru mai larg decat cu panourile solare obisnuite.

9

1.6 Aplicatii ale panourilor fotovoltaice

Ceasurile de mana

Ceasurile cu o celula solara inclusa în cadran care încarca un acumulator cu litiu avand o

independenta de 150-240 zile si care dupa o functionare de 20 ani prezinta o scadere de capacitate

de maximum 20%

Calculator de buzunar

Calculatoarele de buzunar pot dispune de alimentare dubla de la baterie si celula solara sau

alimentare simpla doar de la celule solare, caz în care pentru functionare este nevoie de o iluminare

relativ puternica.

Aparat de taxare în parcari

Aparatele automate de taxare în parcari apartin sitemelor cu alimentare autonoma care pe langa un

modul cu celule solare mai este înzestrat si cu un acumlator pentru a se asigura alimentarea continua

cu energie electrica

Lampion

Este compus din mai multe celule solare (ex. 36) îmbinate estetic formînd corpul lampionului ce

încarca un accumulator în cursul zilei care mai apoi alimenteaza o sursa de lumina noaptea. Este

portabil, putand fi utilizat pemtru iluminare unui interior noaptea.

Lampadar

Pe un stalp de iluminare se monteaza un panou solar de cca 40 Wc care alimenteaza o bateria de cca

50Ah. Acesta asigura o autonomie de cca 5 zile a 8 ore de noapte. Aprinderea si stingerea luminii se

asigura cu un programator inclus.

Balize luminoase

Balize luminoase sunt corpuri de iluminat incluse în asfalt, ce emit o lumina difuza produse cu

ajutorul unuia sau mai multor LED-uri pe baza energiei acumulate în cursul zilei prin intermediul

celulelor solare. Dispun de o autonomie de 6-7 zile fara soare.

10

Pompe de apa

Sisteme de panouri solare cu o putere instalata cuprinsa între 80Wc si 1200 Wc ce alimenteaza prin

intermediul unui panou de comanda pompe elicoidale cu o înaltime de pompare de 5-230m si un

debit de 0,8m³/ zi - 95m³/zi.

Mijloace de transport

Automobilele solare sunt construite utilizand rezultate din tehnica spatiala, tehnologia de fabricatie a

bicicletelor, industria de automobile si tehnologia energiei reannoibile. Cadrul este realizat din

materiale composite usoare (fibra de carbon, fibra de sticla, Kevlar) asamblate prin lipire cu rasini

sintetice (epoxidice) si este purtatorul a sute de celule solare legate între ele. Un astfel de ansamblu,

într-o zi însorita, poate produce o putere de pîna la 2kW(2,6CP)

Mijloace de transport pe apa

La mijloacele de transport pe apa panourile solare se utilizeaza :

- Alimentare bateriei de acumulatoare de bord

- Pentru generarea de current electric stocat ulterior în acumulatoare pentru alimentarea utilitatilor

de bord de exemplu în cazul ambarcatiunilor. De exemplu o baterie de acumulatoare se poate

încarca de la panouri solare montate pe bord la un curent de 9A.

- Pentru propulsarea vasului, caz în care panourile solare vor acoperi o suprafata de obicei orizontala

de tip acoperis, sau chiar o parte din puntea vasului.

Vehicule pe sine

Vagon autonom actionat de motor electric alimentat cu curentul produs de panouri solare si stocat în

baterii de acumulatoare. ELSE este un vagon experimental cu 6-8 locuri Puterea maxima de 3 kW

este dezvoltata de un motor cu un randament de 95% la 24 V. Viteza de croaziera este de 15 km/h

(teoretica maxima 50 km/h). Autonomia în conditii de umbra este de 60 km.

Avioane

Avioane fara pilot

Primul avion cu o greutate de 12 kg a fost Sunrise I avand o putere de 450W furnizata de cca 1000

celule solare. A efectuat primul zbor la 4 noiembrie 1974. A urmat Sunrise II la 27. 09. 1975

actionat de un motor de 600 W alimentat de 4480 celule solare.

11

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. În 1998 din Pathfinder a rezultat Pathfinder_plus cu o puterea

instalata a celulelor solare de 7,5 kW alimentand 6 motoare cu o putere de 1,5 kW fiecare.

Avionul fara pilot HELIOS cu o greutate de 580 kg avea suprafata acoperita cu 66000 celule solare

cu randamentul de 22% si o putere de 35 kW. Viteza de zbor era de 30 pana la 50 km/h. Helios s-a

prabusit la 29 Mai 2003 langa Hawaii în oceanul Pacific

Avioane cu pilot

In 1979 Gossamer Penguin a efectuat primul zbor cu pilot la o înaltime de 4 m avand o putere de

600 W. Primul avion solar se considera a fi Solar Challenger cu care s-a reusit la 7 iulie 1981

traversarea canalului manecii lasand în urma 163 mile dupa 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 reusit.

Bertrand Picard intentioneaza ca în 2010 sa traverseze oceanul Atlantic, iar în 2011 sa înconjoare

globul cu un avion solar avand o suprafata de cca 250mp acoperita cu celule solare din siliciu

monocristalin de 130μm grosime si un randament de 20%.

Sateliti

Satelitul STARDUST are o suprafata de panouri solare de 6,6 mp ce stocheaza energia necesara în

perioda de umbra în acumulatoare de nickel-hydrogen (NiH2) cu o capacitate de16 Ah Statia

Spatiala Internationala (ISS) este alimentata cu energie electrica avand ca sursa celule solare ce

echipeaza 8 panouri desfasurate pe o lungime de cate 35,05 m lungime si 11,58 m latime cu o masa

de 1,1 T fiecare. Celulele solare pe o aripa sunt în numar de 32800 asezate în randuri de cate 400.

Un panou furnizeaza statiei 32,8 Kilowatt energie electrica, la o tensiune reglata la 140 V prin

Utility Transfer Assembly (UTA). Pe perioada de eclipsa (35 min din fiecare 90 min a rotatiei pe

orbita). Energia este stocata an baterii de nichel-hidrogen proiectate pentru 38.000 cicluri de

încarcare descarcare respective o durata de viata de 6,5 ani. Pentru maximizarea puterii furnizate

panourile sunt orientate permanent catre soare de sistemele BGA (Beta Gimbal Assembly) si SARJ

(Solar Alpha Rotary Joint)

12

Utilizare casnica

În utilizarea casnica panourile solare au o importanta mai mare în cazul locuintelor izolate fara

racord la reteaua de curent alternativ. În general în sistemele mai evolute, optional pe langa panouri

se mai monteaza:

o baterie de acumulatore pentru a pute livra energie si în lipsa luminii solare

un regulator de tensiune pentru prevenirea supraîncarcarii bateriei

un dispozitiv de deconectare în cazul descarcarii sub limita a acumulatoarelor

un dispozitiv de masurare ce indica directia de alimentare si cantitatea de energie

produsa/consumata

în cazul utilizarii de consumatori de current alternativ, este nevoie si de un invertor. În acest

caz la locuintele racordate la reteaua de curent alternativ teoretic ar exista posibilitatea eliminarii din

schema a bateriei de acumulatoare, energia suplimentara fiind masurata în ambele directii (la surplus

sau lipsa).

Incarcatorul Solar

Incarcatorul solar se monteaza in circuitul sistemului solar, intre panoul solar fotovoltaic si baterie.

Incarcatorul solar asigura o incarcare eficienta a bateriei, pe care o si protejeaza impotriva

descarcarii profunde si scurtcircuitelor, protejand in acelasi timp si panoul solar impotriva unui

eventual scurtcircuit. Incarcarea bateriei este realizata prin metoda PWM (Pulse Width Modulation

= Modulare a Duratei de Impuls). Bateria este incarcata folosind un tren continuu de impulsuri de

curent electric, impulsuri a caror durata este modificata automat de incarcator in functie de gradul de

incarcare a bateriei. Modul de functionare a unui incarcator solar este exemplificat prin figura de

mai jos:

13

Invertorul

Invertorul este utilizat intr-un sistem solar pentru a obtine o tensiune utila de 230V, folosind ca sursa

de alimentare bateria, incarcata in prealabil de panoul solar, prin intermediul incarcatorului solar.

Tensiunea de 12 volti a bateriei este convertita in 230 V de catre acest aparat. Printre facilitatile pe

care le pot avea invertoarele se numara: protectie la scurt-circuit pe intrare si iesire, protectie la

suprasarcina si supraincalzire, protectie la supravoltare si subvoltare, afisarea puterii consumate si a

tensiunii bateriei etc. Invertoarele au ca si caracteristica principala puterea nominala, care reprezinta

consumul maxim admis la iesirea de 230 V. O alta caracteristica importanta a unui invertor este

forma undei de iesire. Astfel, exista invertoare cu unda sinusoidala pura sau cu unda sinusoidala

modificata. Invertoarele cu unda sinusoidala modificata sunt mai accesibile ca pret, dar nu se

preteaza la echipamente electrice sau electronice care folosesc motoare alimentate direct la 230 V,

pentru care se utilizeaza invertoare cu unda sinusoidala pura. Modul de conectare al unui invertor

intr-un sistem solar este exemplificat prin figura urmatoare :

14

SISTEM SOLAR COMPLET :

Utilizare industriala

Panourile solare sunt utilizate pe scara tot mai larga la producerea de curent electric Ca surse

principale/secundare de curent electric în cazul cladirilor

Centrale solare

Centralele de producere a energiei electrice pe baza de panouri solare castiga teren

Centrala solara din Atzenhof suburbia orasului Fürth/Germania produce 1 MW energie electrica cu

ajutorul a 144 panouri solare ce acopera o fosta halda de deseuri menajere.

Centrala solara din Quierschied suburbia orasului Göttelborn /Germania construita pe o suprafata de

165000 mp în 2004/2005 produce 7,4 MW energie electrica utilizand panouri solare.

Actualmente cea mai mare centrala solara se afla în Pocking/ Bavaria compusa din 57912 panouri

solare de înalta performanta cu o putere de 10 MW. În Shinan/Corea de Sud a început construirea

unei mari centrale solare cu o putere instalata de 20 MW, productie anuala estimata la 27000 MWh

15

ce va acoperi cu 109000 panouri solare o suprafata egala cu cea a 80 de terenuri de fotbal. În

Brandis/Saxonia/Germania a început construirea celei mai mari centrale solare avand o putere de 40

MW, pe un teren al unei foste baze militare, acoperindu-se o suprafata egala cu a 200 terenuri de

fotbal cu 550.000 panouri solare din film subtire. Se preconizeaza ca în primul an de functionare sa

se recupereze integral cheltuielile de constructie care se estimeaza a costa cu 20%-40% mai putin

decat pretul comercial. Primele module vor fi operationale la sfarsitul lunii iunie.

1.7 Producatori, Exportatori, Importatori

Tarile cu cea mai mare productie de module solare sunt Japonia, Germania si China. În timp

ce Japonia si China exporta de ani de zile mai mult de jumatate din productie, Germania importa

cca. 2/3 din instalatiiele sale, în cea mai mare parte din China si Japonia, dupa cum arata analiza de

piata.

1.8 Imbătrânire

Prin imbatranire intelegem modificarea parametrilor de funcţionare a elementelor semiconductoare a

celulelor solare în timp, în special scăderea randamentului pe parcursul vieţii acestora.

Perioada luată în considerare este de cca 20 ani, În condiţii de utilizare terestră, randamentul scade cu

cca 10 %, pe când în spaţiu acest procent se atinge într -un timp mult mai scurt datorită câmpurilor de radiaţii

mult mai puternice.

Pierdere de randament în utilizare se datorează în multe cazuri unor cause banale independente

de celulele solare. Aici enumerăm murdărirea suprafeţelor sticlei de protecţie a

modulelor,mucegăirea pornind de la rama modulului, umbrirea modulelor de către vegetaţia din jur

crescutăîntre timp, ingălbirea polimerilor care constituie materialul de contact între celulă şi sticlă.

1.9 Reciclare

Cu toate ca durata de viata a panourilor solare este de 20-40 ani, în prezent se acumuleaza

deja deseuri de ordinul a sutelor de tone anual(2004). Pe plan mondial singura instalatie pilot de

reciclare a celulelor solar de siliciu cristalin se afla în Freiberg-Germania. Aici la o temperatura de

600°C se ard materialele sintetice incluse în panouri, rezultand sticla, metal, material de umplere si

celulele solare. Aceste celule pot fi reutilizate dupa prelucrare cu pierderi minime de material.

16

1.10.Amortizarea energetica si eficienta energetica

Amortizarea energetica este momentul în care energia consumata pentru fabricarea celulei

fotovoltaice este egalata de cea produsa în timpul exploatarii. Cel mai bine se prezinta din acest

punct de vedere celulele cu strat subtire. Un panou solar (fara cadru) cu astfel de celule se

amortizeaza în 2-3 ani, Celulele policristaline necesita pana la amortizare cca 3-5 ani, pe cand cele

monocristaline 4-6 ani. Deoarece un sistem cu panouri solare include si suportii de montare, invertor

etc. durata de amortizare energetica se mareste cu cca 1 an

1.11. Protectia mediului

În fabricarea de celule solare se utilizeaza partial si materiale daunatoare sanatatii si

mediului. Exemplu în acest sens prezinta celulele cu strat subtire CdTe si arseniura de galiu si mult

discutatele celule solare de tip CIS si CISG. Productia în masa si utilizarea pe suprafete extinse a

acestora trebuie bine cantarita. Dar si productia de celule cu siliciu traditionale ascunde pericole

pentru mediu. Pentru persoane neavizate aceste riscuri ce sunt legate de procesul de fabricatie nu

sunt vizibile. Aici intervine cerinta de a promova selectiv tehnologiile de fabricare a celulelor solare

ce nu distrug mediul si care pe baza progreselor tehnologice promit avantaje concurentiale.

1.12Imbunatatiri propuse in proiectarea ecologica a panourile fotovoltaice

Imbunatatirea performantei panourilor fotovoltaice se poate realiza in primul rand prin

imbunatatirea tehnologiei fotovoltaice la toate tipurile de celule fotovoltaice:

- La celule pe baza de siliciu – reducerea consumul de siliciu si grosimea de 250μm la

160μm, in timp ce simultan cu cresterea sperantei de viata a modulelor panourilor voltaice la 40 de

ani.

- Utilizarea unor noi tipuri de celule solare care contin un compus de elemente, Gallium

arsenide(GaAs), care au capacitatea de a genera energie electrica la temperaturi ridicate cat si la

lumina scazuta. Acest lucru înseamna ca, panourile au o densitate de energie semnificativ mai mare

decat alte tehnologii, generand mai multi kilowati-ora de energie pe parcursul unui an, in conditiile

de viata reale. Celulele sunt aproximativ un micron grosime, in comparatie cu un fir de par uman

care este de aproximativ 40 microni grosime.

17

- celule de tip Thin Film : procesul de productie al celulelor presupune depunerea unor

straturi sucesive de material semiconductor avind grosimea de ordinul nanomicronilor ce reduce

astfel cantitatea de material necesar la fabricare si implicit costul celulelor care este cu aproximativ

30% mai mic decit al celulelor cristaline clasice. Celulele fotovoltaice de tip strat subtire au un

raspuns mai bun la spectrul luminii acoperind o banda de lungimii de unda de 2 pina la 5 ori mai

mare decit spectrul acoperit de celulele cu siliciu cristalin si se comporta mai bine decit panourile cu

siliciu cristalin in conditii de cer innorat sau iluminare indirecta.

Imbunatatirea performantei panourilor fotovoltaice se poate realiza si prin utilizarea unor

materiale superior calitative in procesul de fabricatie: panouri de sticla rezistenta, rame de

duraluminiu, materiale ce vor mari durata de viata a panourilor fotovoltaice si ce vor putea fi

reciclate integral la sfarsitul perioadei de utilizare a panourilor. Rezistenta crescuta la interperii si

durabilitatea este data tot de materialele utilizate in procesul de productie. Etanseitatea elementelor

componente are o importanta foarte mare deoarece umiditatatea ce ar putea patrunde ar afecta durata

de viata a panoului solar prin coroziune si prin scurtcircuitarea legaturilor dintre elementele prin

care trece curent electric.