Dreghiciu

Dreghiciu

Lavinia

MS9

Anul IFacultatea de EnergeticaSolicitari termice in celule/module FV Efectul fotovoltaic consta n producerea unui curent electric ca urmare a absorbtiei radiatiei electromagnetice (fotoni). Acest efect cunoaste aplicatii importante n semiconductori, unde generarea de purtatori de sarcina liberi (electroni, goluri) este semnificativa n raport cu numarul purtatorilor generati termic. O celula solara consta din doua sau mai multe straturi de material semiconductor cel mai intalnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsa intre 0,001 pana la 0,2 mm si sunt dopate cu electron pentru a forma jonctiuni p si n. Aceasta structura e similara cu a unei diode. Cand acest strat de siliciu este expus la lumina se va produce o agitatie a electronilor din material si va fi generat un curent electric.

Curentul generat de o singura celula este mic dar combinatii serie, paralel al acestor celule pot produce curenti suficienti de mari pentru a putea fi utilizati. Aceste celule de obicei sunt incapsulate in panouri care le ofera rezistenta mecanica si la intemperii.

Astfel,pentru a proteja celulele impotriva solicitarilor termice, mecanice, acestea sunt incorporate intr-un material transparent care le izoleaza si electric. In cele mai multe cazuri este utilizata sticla, dar se mai poate folosi si plastic sau metal. Sticla alba, saraca in oxid de fier este preferata deoarece permite luminii sa ajunga pana la 92%. Datorita concentratiei slabe de fier, sticla alba reflecta mai putina lumina si nu are tenta verde a sticlei conventionale. Sticla este testata pentru a rezista la solicitari termice. Aceasta sticla este cunoscuta ca sticla solara. Randamentul acestor celule solare si module este dependenta de tehnologia (material) folosita. Materiale diferite si combinatii produc o rata a randamentului diferita. Randamentul teoretic maxim care poate fi atins este de aproximativ 42 % pentru materialele cunoscute in prezent. Sunt unele materiale de top care nu sunt prezentate in figura de mai sus si care sunt utilizate in industria spatiala. Materialele utilizate in laborator au o eficienta cu cel putin 30% mai mare decat cele utilizate in productia industriala. In general ,dureaza intre 5- 10 ani pentru ca un material testat in laborator sa ajunga pe piata comerciala. Panourile fotovoltaice sunt de obicei alctuite din mai multe straturi, un strat de acoperire/protector, stratul de mijloc-celula i stratul suport pe care sunt fixate.

Cele mai mari solicitri termice apar n procesul de laminare, atunci cnd straturile componente sunt fixate la temperaturi ridicate de 150C. n momentul n care panoul

fotovoltaic se rcete, atingnd temperatura camerei, vor aprea tensiuni reziduale datorit variaiei coeficientului de dilatare termic. Atunci cnd panoul fotovoltaic este expus ulterior la radiaia solar, gradientul de temperatur redistribuie tensiunile reziduale deja existente.

Celulele fotovoltaice sunt proiectate n aa fel nct s funcioneze att la temperaturi joase, pe timpul iernii, ct i la temperaturi ridicate, pe timpul verii.

Fig.1 Celula FV incapsulata Posterior procesului de asamblare, panourile solare intr n contact cu radiaia solar, fiind astfel expuse la noi solicitri termice. Radiaia solar este variabil pe suprafaa celulei, n funcie de unghiul sub care cade. Prin urmare, i solicitrile termice vor fi diferite n diverse puncte ale celulei.

Pe lng aciunea factorilor poluani din atmosfer, i solicitrile termice cauzate de radiaia solar influeneaz ntr-un mod negativ performanele celulelor solare. Una din principalele cauze ale defectrii panourilor fotovoltaice o reprezint exfolierea panourilor formate din mai multe straturi din materiale diferite (sticl, EVA, siliciu, poliester). Exfolierea poate aprea datorit solicitrilor termice din interiorul celulelor.

Sistemele fotovoltaice nu utilizeaza decat o mica parte din radiatia solara si de anumite lungimi de unda, pentru a produce energie electrica. Restul energiei primite la suprafata este transformata in caldura, ce conduce la cresterea temperaturii celulelor componente si la scaderea randamentului lor. In consecinta, cresterea productivitatii energetice a acestor instalatii presupune atat eficientizarea functionarii lor in

domeniul electric, cat si studiul fenomenelor termice care au loc.

Fiecare grad de incalzire a celulei, determina o pierdere a randamentului de ordinul a 0,5 %. In mod empiric, s-a constatat ca fotocurentul creste putin cu temperatura (de ordinul a 0.05%/K, in cazul celulelor cu siliciu).

Fig.2 Acoperis din sticla cu dispozitive de protectie solara suplimentara pentru evitarea supraincalzirii

Dilatarea termic a celulelor poate avea efecte negative asupra duratei de via i a strii de funcionare a acestora.

Dilatarea termic este fenomenul fizic prin care dimensiunile (volumul, suprafaa, lungimea) unui corp cresc n urma variaiei temperaturii, de obicei, creterea temperaturii. Fenomenul opus se numete contracie termic. Pentru majoritatea substanelor, creterea temperaturii duce la creterea dimensiunilor, dar exist i excepii.

Pentru a putea face o analiz concret a solicitrilor termice i deformrilor liniare care apar la nivelul celulelor solare este necesar s se cunoasc proprietile termofizice ale materialului din care este construit celula.

De asemenea, o proprietate termofizic care trebuie luat n considerare este coeficientul de convecie al stratului exterior. Datorit conveciei naturale, are loc o nclzire a aerului ambiant aflat n imediata apropiere a panoului i o rcire a suprafeei exterioare.

Fig.3 Influenta temperaturii asupra puterii electrice furnizate de o celula FV

Bibliografie :

[1] http://www.electromed.ro/files/energie-fotovoltaica.pdf[2] http://www.ecovolt.ro/ro/support/cell_solar_ro.html[3] http://ro.wikipedia.org/wiki/Celul%C4%83_solar%C4%83[4] Prof. Univ. Dr. Ing, Nicolae Vasile, ICPE , Ing. Dana Marinescu, CHIMINFORM DATA , Surse regenerabile de energie ,monografie realizata de S.C CHIMINFORM DATA S.A,Bucuresti ,2004