Rolul celulelor fotovoltaice în iluminatul public

Adrian Retezan, Ana Talida PĂCURAR, Cristian PĂCURAR

Piața energiei electrice obținută utilizând sistemele fotovoltaice a cunoscut o creștere masivă în ultimii ani, lămpile pentru iluminatul public alimentate de la surse de energie solară sunt folosite din ce în ce mai mult ca și o soluție optimă. Acestea au un principiu foarte simplu de funcționare: lumina din timpul zilei este transformată în electricitate cu ajutorul unui panou fotovoltaic și apoi stocată în baterie. Apoi energia de la baterie alimentează lămpile pe timpul nopții. Lămpile solare sunt controlate cu ajutorul unui senzor de lumină care pornește și oprește automat lampa. Această lucrare prezintă un studiu realizat utilizând panouri cu diferite celule fotovoltaice.

1. INTRODUCERE

Consumul de energie electrică al sistemului de iluminat public în mediul urban din România este în medie de 20% din consumul total de energie. Problema reducerii poluării este tratată din ce în ce mai mult atât la nivel european, cât și național. În situația actuală, iluminatul public în țara noastră este în primul rând o sursă de poluare cu emisii de CO2, dar și de poluare luminoasă. Această poluare luminoasă este mai puțin luată în calcul, dar ea are o importanță majoră în anumite sectoare. Deci, se impune integrarea de soluții de eficientizare a iluminatului cu investiții pe termen lung. Pe lângă aceasta, este necesară o verificare a rezultatelor obținute în urma modernizărilor. În aceste condiții și cu sprijinul oferit de Uniunea Europeană prin obiectivul asumat referitor la creșterea eficienței energetice cu 20% până în anul 2020, s-au demarat acțiunile pentru implementarea unui sistem de monitorizare a calității parametrilor în rețeaua de alimentare a iluminatului public [1].

Iluminatul public este destinat pentru a asigura orientarea și siguranța traficului în timpul nopții pentru autovehicule și pietoni, iluminarea estetică a arhitecturii, dar trebuie să se țină cont și de standardele tehnice în vigoare. În funcție de modul de utilizare a energiei, se dorește ca investiția să aibă costuri mici de funcționare pe timpul anului, dar și o utilizare rațională a energiei. Ultima soluție la nivel de iluminat stradal o reprezintă sistemul de iluminat stradal independent energetic, cu LED-uri care sunt alimentate cu ajutorul panourilor folovoltaice. Tehnologia avansată a acestor produse a fost adusă în atenția consumatorilor cu scopul de a reduce consumul de energie [2]. Prin gruparea unui număr de LED-urile pentru a crea o sursă de lumină, s-au obținut rezultate surprinzător de semnificative la nivelul cheltuielilor de iluminat dar și al consumului redus de energie. Iluminatul public este alimentat de la energia solară. Energia solară se transformă în energie electrică, iar ulterior aceasta va fi stocată în baterie. Controlerul va comuta automat pe timp de noapte. Lumina solară va continua să lucreze până când controlerul va deconecta comutatorul. Acesta poate fi ușor de asamblat deoarece nu necesită cabluri. Totodată, tensiunea de lucru este atât de mică încât nu prezintă pericol de electrocutare.

La producerea celulelor fotovoltaice la nivel industrial cel mai utilizat material este siliciul. Siliciul metalurgic, care are o puritate de 98%, poate fi obținut ca urmare a proceselor industriale. Siliciul electronic de calitate în formă lichidă este rezultatul mai multor etape de purificare chimică. Cele mai multe celule fotovoltaice sunt fabricate din siliciu purificat, care este dopat cu alte elemente pentru a atinge proprietățile fotoelectrice dorite. Există mai multe tipuri de celule: monocristaline, policristaline și celule cu siliciu amorf (film subțire). În continuare se vor prezenta câteva detalii definitorii pentru celulele fotovoltaice.

lampa solara cu led pentru iluminat public
lampa solara cu led pentru iluminat public

În cazul celulelor din siliciu monocristaline, după răcirea sa, siliciu cristalizat creează un singur cristal. Acesta se taie în fâșii subțiri care apoi sunt aplicate la alte straturi componente ale unei celule fotovoltaice. Culoarea lor este de obicei albastră [3]. Dezavantajele celulelor monocristaline sunt date de costurile ridicate de producție și de randamentul scăzut la producerea energiei. Celulele de siliciu policristaline sunt formate în timpul cristalizării din mai multe cristale. Acestea se taie în fâșii, lucru ce duce la realizarea de celule constând din mai multe cristale. Ele sunt, de asemenea, de culoare albastră dar putem distinge diferite variații formate după cristalizare. Avantajele acestei tehnologii sunt: o bună eficiență a celulelor și costuri de producție mai mici. Dezavantajul lor este eficiența scăzută în caz de iluminare slabă. Celulele sunt folosite în general în industrie pentru confecționarea de panouri fotovoltaice. Celulele de siliciu amorf – în acest caz stratul de siliciu amorf nu este cristalizat, el este depus pe o foaie de sticlă. Aceasta are culoarea gri. Beneficiile constau dintr-o performanță bună în caz de iluminare slabă și costuri de productie reduse. Dezavantajele sunt date de eficiența scăzută la intensități mari de radiații solare și degradarea materialului într-o perioadă relativ scurtă de funcționare.

Celulele tandem sunt realizate prin combinarea tipurilor de celule descrise mai sus, acestea fiind dispuse în formă de straturi. Această combinație duce la absorbția unui spectru mai larg de radiații electromagnetice pentru a produce energie electrică. În acest mod se îmbunătățește eficiența conversiei în comparație cu o singură celulă. Costurilor de producție în acest caz sunt evident mai mari. Celulele cu strat subțire – această tehnologie presupune reducerea cantității de material folosit în producerea de celule fotovoltaice, lucru ce conduce, de asemenea, la o creștere a eficienței de conversie. Acest tip de celule a devenit frecvent utilizat în termeni de fabricație cu costuri reduse, greutate redusă și o crescută flexibilitate a panourilor. În această categorie amintim celulele de CdTe, CIGS și GaAs. Celulele de polimeri – acest tip de celule este fabricat din polimeri organici și este una dintre cele mai noi tehnologii fotovoltaice. Celulele sunt, în general, realizate cu strat de10 nm [4].

În acest studiu se va face o comparație între diferite panouri fotovoltaice cu celule monocristaline și panouri fotovoltaice cu celule policristaline. Aceste panouri fotovoltaice au fost folosite pentru alimentarea lămpilor cu leduri utilizate la iluminatul public.

Articolul integral îl puteti citi in ediția tipărită a revistei Electricianul nr. 7/2013.

Share