Cum Functioneaza Celulele Fotovoltaice

O celula fotovoltaica de silicon e compusa din o foita subtire de un strat foarte

subtire de silicon de tip N, deasupra unui strat gros de silicon de tip P. Un camp electric

este creeat deasupra suprafetei de sus a acelei celule unde cele doua materiale intra in

contact, numita juctia P-N. Cand razele solare ajung la suprafata unei celule fotovoltaice,

campul electric produce momentul si directia la electronii stimulati de lumina, rezultand

fluxul de curent cand celulele solare sunt conectate la un incarcator electric.

Indiferent de marime, o bucata de celula fotovoltaica de silicon produce in jur de 0.5 - 0.6 volti in conformitate cu un circuit deschis, fara conditii de incarcare. Curentul ( si puterea ) de iesire a unei celule fotovoltaice depinde de eficienta si marimea suprafetei, si este proportionala cu intensitatea soarelui care ajung la suprafata celulei.

De exemplu, in conditiile in care lumina solara este foarte puternica, o celula

fotovoltaica comerciala cu o suprafata de 160 cm^2 ( ~25 in ^2 ) va produce in jur de 2

wati, la putere maxima. Daca intensitatea razelor solare au fost la 40% din putere, acea

celula va produce in jur de 0.8 wati.

Cum Sunt Facute Celulele Fotovoltaice

Procesul de fabricare conventional singular si policristalin al celulelor de silicon

fotovoltaic incepe foarte simplu, cu aplicarea semiconductorului in polisilicon – un

material produs din quart si folosit mult in industria electronica. Polisiliconul este pe

urma incalzit pana la temperature de topire , si sunt adaugate in polisiliconul topit bucati

mici de bor pentru a creea un material semiconductor de tip P. Pe urma blocuri de silicon

sunt formate, de obicei folosind una din cele doua metode:

1) Formand un bloc pur de silicon cristalizat din seminte de cristal facute din polisiliconul topit , sau 2) turnand polisiliconul topit intr-un cazan, formand un material de silicon policristalin.

Bucati individuale de wafere sunt feliate din blocurile de silicon folosind un

fierastrau de sarma si pe urma sunt supuse gravurarii suprafetei. Dupa ce waferele sunt

curatate, ele sunt asezate intr-un cuptor de difuzie de fosfor, creand un strat subire de

semiconductor de tip N in jurul intregii suprafetei exterioare a celulei. Pe urma, un invelis

antireflexiv este aplicat deasupra suprafetei celulei, si contactele electrice sunt imprimate

deasupra suprafetei celulei (negativ). Un material conductor de aluminiu este asezat

dedesubtul subrafetei fiecarei celule (pozitiv), reatribuindui proprietatile de tip P a partii

de jos, deplasand stratul difuz de fosfor. Fiecare celula este pe urma verificata electric,

sortata dupa curentul electric de iesire, si electric conectate la celelalte celule pentru a

creea circuite de celule pentru asamblare in module fotovoltaice.

Energia Solară

Introducere

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa pământului în fiecare zi. Această energie poate fi captată, şi folosita sub formă de caldură în aplicaţii termo-solare, sau poate fi transformată direct în electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF) .

Pentru a înţelege cum CF şi sistemele termo-solare captează energia solară, este important să înţelegem cum aceasta îşi urmează cursul de la soare spre Pământ şi cum acest flux se schimbă periodic.

Cum produce soarele energie

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 1.4 milioane de km, formată din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interioră a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin). Această temperatură imensă, combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decât

aceea a atmosferei Pământului creează condiţiile ideale pentru reacţiile de fuziune.

Reacţia de fuziune

Reacţiile de fuziune din soare au loc între atomi de hidrogen, care se combină şi formează atomi de helium. În urma acestui proces se degajă energie sub forma unor radiaţii cu energie mare, mai cu seamă raze gamma. În timp ce aceaste radiaţii migrează din centrul spre exteriorul sferei solare, ele reacţionează cu diferite elemente din interiorul soarelui şi se transformă în radiaţii cu energie mica. Soarele a produs în acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani, şi va continua să facă la fel pentru înca 4-5 miliarde.

Cum este transportată energia pe Pământ

Pământul se roteste în jurul soarelui la o distanţă de aproximativ 150 milioane de km. Radiaţiile se extind la viteza de 300.000 de km pe sec, viteza luminii. Timpul necesar pentru a ajunge pe Pământ este de aproximativ 8 min.

Catitatea de radiaţii ce ajung pe Pământ.

Cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafaţa Pământului se numeşte constantă solară, valoarea ei depinzând de mai mulţi factori. Dacă soarele este la amiază şi cerul este senin, radiaţia pe o suprafaţă orizontală este de aproximativ 1000 de W pe metru patrat. Se observă scăderea constantei solare când suprafaţa nu este orientată perpendicular pe razele soarelui.

Variaţia sezonieră

Pămâtul se învârte în jurul axei sale o dată pe zi şi se roteşte, într-o orbită eliptică, în jurul soarelui, o dată pe an. Axa în jurul căreia se învârte Pământul este înclinată cu aproximativ 23 de grade de la verticală.

Această înclinare a dat nastere anotimpurilor: cândaxa Pământului este înclinată spre soare, emisfera nordică primeşte mai multe radiaţii solare (vara). Şase luni mai târziu, când axa nu este înclinată spre soare, în emisfera sudică este vară, deci cantitatea de radiiaţii solare ce va atinge Pământul este mai mare.

Înălţimea la care se găseşte soarele pe cer afecteaza şi ea valoarea constantei solare.

Celulele fotovoltaice

Introducere

Celulele fotovoltaice transformă razele solare în electricitate. În ultimii ani au apărut noi tehnologii de conversie fotovoltaică cu o eficienţă mare şi preţ redus. Panourile fotovoltaice sunt în ziua de azi din ce în ce mai folosite, mai ales în zonele izolate, în care nu se poate produce energie electrică prin metode convenţionale. Sistemele fotovoltaice sunt uşor de mânuit, au nevoie rar de întreţinere şi nu poluează mediul înconjurator.

Teorie

Celuele fotovoltaice(CF) folosesc materiale semiconductoare pentru a capta energia solară. Pentru a creşte cantitatea de radiiaţii ce alimentează

panourile fotovoltaice se folosesc sisteme de concentrare şi căutare a razelor solare.

Conversia fotovoltaică

Acest capitol prezintă felul în care celulele fotovoltaice captează radiaţiile solare şi le transformă în energie electrică. Se va explica numai cazul în care celulele sunt fabricate din cristale de siliciu, deşi există şi cazuri în care acestea sunt formate din alte materiale semiconductoare. Totuşi principiile de bază sunt aceleaşi.

Alcătuirea dispozitivelor fotovoltaice

O celula solară conventională constă într-o napolitană de siliciu de o grosime de aproximativ 0.5 mm. Celulele tipice au un diametru de 10 cm, produc 1 W de energie şi sunt grupate în module de 12. Modulele sunt la rândul lor grupate în panouri, care formează dispozitive de captare a energiei solare.

Modul de functionare al celulelor fotovoltaice

Când un cristal pur de siliciu(A-B) este luminat de o rază de soare, unul sau mai mulţi electroni sunt îndepărtaţi de nucleu(C), în locul acestora formându-se "găuri". Aceste “găuri” sunt umplute ulterior cu alţi electroni, proces în urma căruia se degajă energie(D).

Randamentul celulelor fotovoltaice

CF conventionale transformă între 5 si 15% din energia solară în energie electrică. Unele celule experimentale, fabricate din materiale foarte scumpe, au o eficienţă aproape dublă dar numai în anumite condiţii de laborator.

Tipuri de celule fotovoltaice

1.CF conventionale2.CF subţiri3.CF sferice4.CF multijuncţionale5.CF policristaline6.CF fără siliciu

1.Cele mai multe CF din ziua de azi sunt celule cu un singur cristal de siliciu. Celulele de siliciu sunt relativ ieftine, eficiente şi fiabile.

2. Sunt alcătuite tot din siliciu dar sunt fabricate printr-o metodă avansată. CF subţiri folosesc mult mai puţin siliciu decât celulele convenţionale dar sunt mai puţin eficiente şi mai scumpe.

3.Sunt fabricate cu ajutorul unei tehnologii noi dezvoltată de Texas Instruments Corporation. Celulele sferice

funcţionează în acelaşi fel ca şi cele convenţionale dar diferă prin forma lor. Ele sunt formate din mai multe sfere de siliciu acoperite cu aluminiu pentru a asigura între ele un contact electric. Celulele sferice sunt uşor de fabricat, sunt relativ ieftine şi nu necesită o puritate mare a siliciului.

6.Multe metale pot fi transformate în semiconductoare şi folosite în CF. Unele dintre ele sunt deja folosite în timp ce altele sunt în fază experimentală.

Celule solare fotovoltaice - definitii si descriere

Panouri fotovoltaice

O celula solara consta din doua sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai întâlnit 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. Când 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.Dupa structura de baza deosebim materiale cristaline(mono-/policristaline) respectiv amorfe.În fabricarea celulelor fotovaltaice pe lânga materiale semiconductoare, mai nou, exista posibiltatea utilizarii si a materialelor organice sau a pigmentilor organici.  

Materiale

1.    Celule pe baza de siliciu

o    Strat gros Celule monocristaline (c-Si) randament mare - în productia în serie se pot atinge pâna 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 pâna acum cu cel mai bun raport pret – performanta.

o    Strat subtire 

Celule cu siliciu amorf (a-Si)cel mai mare segment de piata la celule cu strat subtire; randament energetic al modulelor de la 5 la 7 %; nu exista strangulari în aprovizionare chiar si la o productie de ordinul TeraWattCelule pe baza de siliciu cristalin, ex. microcristale (µc-Si)în combinatie cu siliciul amorf randament mare; tehnologia aceeasi ca la siliciul amorf

Moduri de constructie

Pe lânga 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.Alte tehnici vizeaza marirea eficientei asigurând absorbtia unui spectru de frecventa cât mai larg prin suprapunerea mai multor materiale cu diferite caracteristici de absorbtie. Se încearca selectarea materialelor în asa fel încât 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 rânduri de celule solare conectate în serie între ele pe fata si pe reversul modulului permitând, datorita tensiunii însumate, utilizarea unor conductori cu sectiune mai mica decât 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, pâna 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 câmp electrostatic intern pentru ca din acesti purtatori sa se creeze un curent electric dirijându-i în directii diferite.Acest câmp electric intern apare în dreptul unei jonctiuni p-n. Pentru ca intensitatea fluxului luminos scade exponential cu adâncimea, aceasta jonctiune este necesar sa fie cât mai aproape de suprafata materialului si sa se patrunda cât mai adânc. 

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 rezultând o disipare de caldura, restul curentului putând 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 încât sa absoarba cât mai multa lumina si sa apara cât mai multe sarcini in jonctiune. Pentru aceasta electrodul de suprafata trebuie sa fie transparenta, contactele la acest strat sa fie pe cât 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 cât se pote de uniforma, deoarece abateri de câtiva 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.

SCURTA DESCRIERE TEGOSOLARRecent in Uniunea Europeana s-a deschis piata produselor fotovoltaice pentru productia de "energie verde".

Deocamdata doar in cateva tari europene - Germania, Italia, Spania, Grecia - autoritatile statale asigura

facilitati economice investitorilor pentru a stimula investitiile.

Tegola Canadese este primul si unicul producator in UE de sindrile bituminoase complet integrate cu

module fotovoltaice. Noile Tegole fotovoltaice TEGOSOLAR se integreaza perfect in acoperisul Tegola

Canadese permitand abordari fara limite in proiectarea acoperisului.

Produsul TEGOSOLAR este realizat avand la baza conceptul de sindrila Tegola tip Compact si este furnizat

in set complet cu toate accesoriile legate de integrare in invelitoare si conectori pentru realizarea legaturilor

electrice. 

Modulele fotovoltaice Tegosolar PVL68 sunt realizate cu siliciu amorf si cu tehnologia "tripla jonctiune".

Tegosolar produce cu 10 pana la 20% mai multa energie decat panourile fotovoltaice cu siliciu mono sau

poli cristalin uzual intalnite pe piata. 

Factorii decisivi care influenteaza performanta modulelor fotovoltaice sunt nivelul de radiatie solara,

temperatura de lucru, gradul de poluare, spectrul solar, unghiul de incidenta al razelor solare pe suprafata

modulelor. Prin prisma eficientei in productia de energie si comportamentului la factorii de influenta punem

afirma ca decizia alegerii produsului Tegosolar este una rationala si de perspectiva.

AVANTAJELE TEGOSOLARIata cateva din avantajele modulelor fotovoltaice TEGOSOLAR cu siliciu amorf aplicat in tehnologia "thin

film", cu tripla jonctiune:

1. Raza larga de utilizare: poate fi orientat Est/Sud/Vest si cu o inclinatie optima intre 5 grade si 60

grade. Pozitionare in afara acestui interval asigura un randament de ridicat de 93%, putand fi

productiv si in pozitionari de fatada (90 grade).

2. Tegosolar poate produce energie in conditii de eficienta chiar si la temperaturi maxime ridicate de

pana la 85 grade C.

3. Tegosolar functioneaza la lumina directa solara dar si la lumina difuza. Modulele valorifica un

spectru radiant solar largdatorita tehnologiei "tripla jonctiune" cu trei straturi de celule fin aplicate

(celule rosii, verzi si albastre). Din acest motiv modulele Tegosolar produc energie la 60-65% din

capacitatea maxima chiar in zilele de iarna complet innorate. De asemena au capacitatea de a

lucra intr-un interval orar extrem de larg in cursul unei zile indiferent de conditiile de insorire.

4. Modulele Tegosolar sunt flexibile si usor de pus in opera.

5. Modulele Tegosolar au masa redusa - 12 kg/mp si nu implica modificari legate de incarcarea la

vant si zapada

6. Modulele fotovoltaice Tegosolar se integreaza perfect arhitectonic

7. Fiind flexibile si avand o grosime de aprox 6 mm modulele fotovoltaice Tegosolar se pot aplica

aplica prin fixare mecanica sau prin vulcanizare , pe suprafete plane sau curbe asigurand o

perfecta impermeabilizare.

8. Cost de productie (in termeni de energie utilizata) redus: este nevoie de doar 1,5 ani de exploatare

pentru a acoperi energia utilizata pentru realizarea produsului.

9. Fiecare modul fotovoltaic este legat de celelalte cu legaturi prevazute cu diode by-pass lucru care

asigura functionarea sistemului la randament ridicat chiar si in cazul deteriorarii accidentale a

unei celule;

10. Suprafata modulelor fotovoltaice este acoperita cu polimeri cu durabilitate mare care asigura

capacitatea de autocuratire sub influenta ploii, elimina efectul de reflexie si mareste durata de

exploatare. Modulele fotovoltaice Tegosolar suntpedonabile si nu necesita intretinere speciala fiind

acoperit la suprafata cu un film de teflon capabil de auto-curatare la ploi. Produsul este rezistent

la grindina.

11. Modulele fotovoltaice Tegosolar prezinta unul dintre cele mai mari rate de randament existente pe

piata (kwp/kwh) fiind cu15-20% mai eficiente decat panourile fotovoltaice uzual intalnite pe

piata.

12. Garantie 20 ani

MODULELE TEGOSOLAR - MODEL PVL68: Caracteristici electrice:

o Putere maxima - Pmax 68Wp

o Intensitate max - Imp 4,1 A,

o Tensiune maxima Vmp 16,5V

Dimensiuni:o Lungime 280 cm

o Latime 0,385 cm

o Grosime(0,5+0,25) cm

CALCULE DE PROIECTPentru o apreciere corecta a unui sistem integrat de module fotovoltaice intr-un acoperis Tegola trebuie sa

cunoastem 5 lucruri: Puterea maxima necesara (kw) pentru a furniza energia de consum (kwh)

Dimensiunile de falda (lungimea si latimea), care nu trebuie sa aiba elemente de intrerupere

(cosuri, ferestre etc.) Orientarea faldei fata de Sud.

Inclinatia pantei.

In baza acestor date, personalul tehnic Tegola poate va poate pune la dispozitie nivelul total de costuri si

necesarul de materiale.

TEGOSOLAR se pozitioneaza in siruri de unitati fotovoltaice (conform indicatiilor de montaj) si sunt legate

intre ele prin canale de legatura la partea superioara. Sistemul Tegosolar cuprinde toate accesoriile

necesare integrarii perfecte a sistemului fotovoltaic in sistemele de invelitori Tegola Canadese.

EXEMPLE DE CALCULATII: necesar de Pmax 1 Kwp curent continuu (echivalent 1200

Kwh/an sau 100 Kwh/luna curent alternativ). Prin urmare 1000 wp/68 Wp => 15 tegole fotovoltaice Tegosolar (dimensiuni 2,80 m x 0,385 m) => necesar aprox de 17 m2 suprafata acoperis

necesar de Pmax 3 Kwp curent continuu (echivalent 3600 Kwh/an sau 300 Kwh/luna curent alternativ). Prin urmare 3000 wp/68 Wp => 45 tegole fotovoltaice Tegosolar (dimensiuni 2,80 m x 0,385 m) => necesar de aprox. 49 m2 suprafata acoperis

necesar de Pmax 5 Kwp curent continuu (echivalent 6000 Kwh/an sau 500 Kwh/luna curent alternativ). Prin urmare 5000 wp/68 Wp => 74 tegole fotovoltaice Tegosolar (dimensiuni 2,80 m x 0,385 m) => necesar de aprox. 80 m2 suprafata acoperis

http://www.tegola.ro/contact.html

http://ro.altermedia.info/stiintatehnologie/celule-fotovoltaice-pulverizabile-o-descoperire-cu-adevarat-mare_2119.html ptr forum