Module fotovoltaice – principiul de funcționare a celulelor fotovoltaice
Cum funcționează popularele panouri fotovoltaice?
Alimentarea componentelor de iluminat casnic sau chiar a mașinilor electrice cu energie solară, prin utilizarea de celule fotovoltaice, este acum un lucru obișnuit. Însă acest lucru nu înseamnă că toată lumea, inclusiv utilizatorii unor astfel de instalații, știe cum funcționează aceste instalații și ce procese sunt responsabile pentru transformarea energiei solare în energie electrică. Acest articol răspunde la cele mai multe dintre întrebări.
- Fotovoltaica – noțiuni de bază
- Cum funcționează un panou solar
- Tipuri de celule fotovoltaice
- De ce depinde cantitatea de energie electrică generată
- Panouri fotovoltaice în catalogul TME
Ce este energia fotovoltaică?
Fotovoltaica este tehnologia de conversie a radiației solare în energie electrică prin utilizarea panourilor fotovoltaice și a invertoarelor de curent continuu în curent alternativ – toate acestea pentru a alimenta consumatorii de energie conectați la rețea sau pentru a stoca energie în baterii pentru mai târziu. Aceasta este cea mai simplă și mai îngustă abordare a problemei, așa că este util să adoptăm o perspectivă ceva mai largă și să ne întoarcem puțin în timp, la începuturile tehnologiei.
Termenul „fotovoltaică” în sine implică faptul că este vorba despre știința transformării energiei solare în electricitate, ceea ce a dat naștere unui domeniu tehnologic important, prezent în majoritatea țărilor puternic dezvoltate. În paralel cu energia fotovoltaică, s-au dezvoltat multe alte tehnologii de energie regenerabilă, dar sursa de energie de la soare este cea mai importantă și încă cea mai importantă metodă de obținere a energiei „gratuite” și inepuizabile. În toate acestea, merită să ne dăm seama că energia solară ar putea înlocui complet sursele de energie fosilă, ceea ce ar reduce semnificativ cantitatea de poluare eliberată în atmosferă. Cu toate acestea, una dintre cerințele cheie ale acestei tehnologii reprezintă un obstacol: necesitatea unei suprafețe mari, generată de dimensiunea panourilor fotovoltaice.
Principiul de funcționare a celulelor fotovoltaice
Procesul de conversie a energiei solare în electricitate, care are loc în straturile interioare ale celulei, începe sub stratul reflectorizant, unde se află două plăci de siliciu – cea de sus este un conductor negativ, realizat din siliciu dopat cu fosfor. Cea inferioară este un conductor pozitiv și este format din siliciu dopat cu bor. Atunci când un foton lovește un atom de siliciu, el scoate un electron din locul său și îl forțează să se deplaseze și, deoarece fotonii și astfel de lovituri sunt abundente, electronii încearcă să se împerecheze cu locurile libere lăsate de electronii vecini eliminați anterior și, ca urmare, încep să circule între plăci, generând o mișcare de sarcină electrică. Cu toate acestea, câmpul electric de la interfața dintre straturile pozitive și negative de siliciu separă perechile electron-gaură, ceea ce induce o mișcare ordonată a electronilor și apariția unei tensiuni electrice.
CL-SM50P
Celula de siliciu policristalin din gama Cellevia Power
Acest proces este ușor de conectat la rețeaua electrică locală, dar mai întâi trebuie conectat la instalație un invertor, care transformă curentul continuu în curent alternativ. Siliciul menționat aici este utilizat ca material de bază pentru celulele fotovoltaice, deoarece energia unui foton corespunde energiei necesare pentru a muta un electron într-un atom de siliciu. Deși siliciul pur nu este semiconductorul optim, combinat cu fosforul și borul, acesta devine cea mai bună soluție. De asemenea, au apărut pe piață panouri realizate din alte materiale, cum ar fi cadmiul combinat cu telur, cupru, indiu, galiu și seleniu. Cu toate acestea, indiferent de elementele utilizate, panourile fotovoltaice sunt întotdeauna formate din celule fotovoltaice, care sunt cele mai mici unități și pot fi conectate în serie sau în paralel.
Cele mai importante tipuri de celule fotovoltaice
Există în principiu două tipuri de bază de celule fotovoltaice pe piața actuală. Este vorba despre:
- celulele (panourile) pe bază de siliciu (monocristaline, policristaline și amorfe) – de departe cele mai importante în ceea ce privește cota de piață,
- celulele (panouri) realizate din alte elemente (CdTe și CIGS).
CL-SM50M
Panou monocristalin de siliciu Cellevia Power
Panourile pe bază de siliciu sunt cele mai răspândite pe piață, datorită designului lor simplu și eficienței ridicate, care atinge 17%-23% pentru panourile monocristaline și aproximativ 14%-18% pentru panourile policristaline. Panourile monocristaline au cea mai mare eficiență, dar sunt și cele mai scumpe. Acestea sunt fabricate din plăci de siliciu de formă circulară, tăiate ulterior într-o formă pătrată cu colțuri șanfrenate. Panourile policristaline (14-18% eficiență) sunt realizate din siliciu policristalin, sub forma unui bloc comprimat cu o suprafață neuniformă, tăiat în plăci pătrate subțiri de culoare albastră. Panourile amorfe mate sunt fabricate din siliciu foarte ieftin și necristalizat, ceea ce duce la o eficiență mai mică (8-10%), dar și la cel mai mic preț.
Cel de-al doilea grup de celule fotovoltaice le include pe cele fabricate din alte elemente decât siliciul. Printre acestea se numără celulele CdTe și CIGS, care au o grosime neglijabilă a stratului fotovoltaic și un randament mai scăzut în comparație cu panourile pe bază de siliciu.
Panourile CdTe sunt formate dintr-o singură celulă cu o grosime de câțiva microni, fabricate din telurură de cadmiu și ating randamente ușor mai mici (10-12%) în comparație cu panourile CdTe (12-14%), fabricate din patru elemente: cupru, indiu, galiu și seleniu.
Ce influențează eficiența celulelor fotovoltaice
Deși producătorii de celule fotovoltaice nu dezvăluie de obicei detalii despre procesele lor de fabricație din motive de confidențialitate comercială, calitatea acestor celule se poate presupune că este influențată în mod decisiv de condițiile de tăiere a cristalelor și a blocurilor de cuarț, precum și de condițiile de cultură a cristalelor monocristaline. Calitatea este, de asemenea, influențată de factori precum condițiile de șlefuire a plăcilor și curățenia, ventilația și temperatura încăperilor în care au loc procesele cheie. Cu toate acestea, cel mai simplu este să comparăm eficiența și performanța unor panouri identice de la furnizori diferiți, care depind în mare măsură de calitatea proceselor de fabricație și a materialelor utilizate în producție. Pentru a face acest lucru cât mai obiectiv posibil, acestea trebuie să fie testate în condiții reale identice, care se află în mod constant sub influența unor factori diferiți – comuni tuturor panourilor (celulelor) care participă la un astfel de test.
Cu toate acestea, indiferent dacă se efectuează un test de referință sau se analizează utilizarea reală a instalațiilor fotovoltaice, factorii principali care influențează rezultatele finale ale acestora sunt întotdeauna un grup de aceiași factori:
- suprafața acoperișului,
- înclinarea acoperișului în raport cu razele soarelui,
- anotimpul anului se traduce prin intensitatea soarelui,
- timpul de absorbție a luminii solare calculat în ore
- și temperatura celulelor în sine în timpul funcționării.
Acest ultim factor este destul de problematic, deoarece eficiența celulelor începe să scadă atunci când temperatura acestora atinge o anumită limită, iar acest lucru se întâmplă de obicei în zilele foarte calde și însorite. Este, prin urmare, un mic paradox, deoarece tocmai în astfel de zile energia solară este cea mai intensă. Ceilalți factori menționați mai sus, inclusiv lipsa de umbră în locul unde funcționează panourile, afectează, de asemenea, în mod direct cantitatea de energie electrică generată. Perioada anului menționată mai sus este, de asemenea, importantă, deoarece primăvara și vara numărul de zile însorite este mai mare, iar intensitatea razelor solare este maximă, ceea ce, împreună cu unghiul corect de înclinare a celulelor, permite obținerea unor rezultate mult mai bune.
AM-1454CA
Celulă miniaturală din gama Panasonic
Celule fotovoltaice în oferta TME
Catalogul de celule fotovoltaice pe care TME îl oferă clienților săi include produse de la trei mărci bine cunoscute: Panasonic, Green Power și Cellevia Power, cele de la primul producător menționat fiind celule amorfe miniaturale pentru utilizare în interior (ceasuri, electronice mici), în timp ce cele de la ceilalți doi producători sunt celule monocristaline și policristaline mai mari pentru utilizare în exterior.
Text elaborat de Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
