Pentru producerea panourilor solare fotovoltaice se foloseste o tehnologie foarte avansata si complexa care este foarte diferita de cea folosita la panourile solare termice. Funcționarea modulelor se bazează pe efectul fotovoltaic care apare atunci când materialele semiconductoare tratate corespunzător convertesc radiația solară în energie electrică.
Cele 3 tipuri principale de panouri de pe piață sunt cele din siliciu monocristalin (cunoscute ca „monocristaline” ), din siliciu policristalin (cunoscute ca „policristaline” ) și cele din siliciu amorf, numit și „film subțire”.
Procesul de fabricație de bază:
1 – Într-o foaie de material semiconductor pur, chimiștii introduc elemente numite „dopanți” care fac să existe un exces de electroni în semiconductor. Procesul N.
2 – Într-o altă foaie de material semiconductor se face același proces, dar de data aceasta cu o altă substanță care provoacă lipsa de electroni. Procesul P.
3 – Acum se întâmplă ca electronii să se deplaseze din excesul de N, la cel în care lipsește P. Se produce un câmp electric.
Practic, așa funcționează.
Panouri fotovoltaice monocristaline
Modulul monocristalin este cel cu cea mai mare eficiență: variază de la 15 la 20% eficiență și, pentru a produce o putere de 1 Kw, are nevoie de aproximativ 6 metri pătrați. Panoul este o placă rigidă alcătuită în general din celule fotovoltaice asamblate, de la 30 până la 60.
Celulele fotovoltaice sunt sudate între ele și acoperite cu o sticlă de protecție și un cadru extern din aluminiu. Modulul durează în medie 25 de ani, cu pierderi de randament mai mici de 1% pe an. Aceste tipuri de panouri fotovoltaice sunt destul de sensibile la umbrire, chiar parțială, dar funcționează foarte bine dacă razele soarelui cad perfect perpendicular pe suprafața lor.
În ceea ce privește așa-numitul „bilanț energetic”, adică timpul necesar panoului pentru a produce cantitatea de energie egală cu cea folosită pentru fabricarea lui, modulul monocristalin are nevoie de trei până la șase ani de funcționare.
Ca tip de soluție, este cu siguranță cea mai scumpă, dintre cele tradiționale, și se folosește atunci când sunt condiții optime de iradiere și se dorește să se valorifice la maximum suprafața disponibilă, datorită eficienței mai mari a acesteia în raport cu spațiul ocupat. Dintre cele trei tipuri de panou, de fapt, este cel care are nevoie de cea mai mica suprafata.
Panouri fotovoltaice policristaline
Modulul policristalin sau multicristalin are randamente ceva mai mici, aproximativ 13%, si are nevoie de o suprafata ceva mai mare decat precedentele pentru a produce 1 Kw de putere: sunt necesari aproximativ 8 metri patrati.
Aceste panouri fotovoltaice sunt, de asemenea, printre cele mai răspândite și „tradiționale”, deoarece au caracteristici complet asemănătoare cu cele anterioare, cu excepția, după cum am menționat, au o eficiență ceva mai scăzută. De fapt, modulul policristalin reprezinta un compromis bun intre: costuri, suprafata ocupata, randament de productie si eficienta.
De asemenea acest tip de panou, ca si cel monocristalin, produce timp de cel putin 25 de ani cu pierderi fiziologice de randament de circa 1% pe an, pierderi datorate esential imbatranirii panoului si decaderii consecutive a efectului fotovoltaic.
De asemenea, acest tip de panou, ca și precedentul, este deosebit de sensibil la umbrire, chiar parțială, care poate provoca scăderi bruște sau temporare de performanță pe întregul sistem.
Pentru a face față problemelor de umbrire, chiar și temporare, sunt utilizate în general două tehnologii diferite: microinvertoare sau optimizatoare. Ambele soluții vă permit să ocoliți acele „obstacole” cauzate de efectul umbrelor pe o parte a sistemului. Într-adevăr, o umbră care lovește un panou compromite performanța întregului sistem. Pentru a depăși această problemă, microinvertoarele convertesc energia la nivelul unui singur panou și o canalizează în afara sistemului fără a depinde de celelalte panouri conectate.
Aceleași tehnologii „anti-umbrire” sunt folosite nu numai pentru aceste panouri policristaline, ci și pentru panourile de siliciu monocristalin.
Panouri fotovoltaice cu peliculă subțire (panou fotovoltaic flexibil)
În fine, modulul de film subțire este cel cu cea mai scăzută eficiență de producție: la aproximativ 6%. Majoritatea il numesc panou fotovoltaic flexibil, avand doar câtiva milimetri grosime.
Această tipologie va avea nevoie în medie de suprafețe mai mari pentru a produce un KW de putere fotovoltaică: până la aproximativ 20 de metri pătrați (în cazul utilizării siliciului amorf).
În ciuda eficienței mai scăzute care, să ne amintim, nu este un indice de calitate, ci un raport între producție și suprafață, acest tip de panou are o difuzare ridicată pe piață. Asta dintr-un motiv simplu: are dublu avantaj de economie mai mare, costă mai puțin de produs și versatilitate mai mare de utilizare. Panoul fotovoltaic cu peliculă subțire, de fapt, este o placă de câțiva milimetri grosime, poate fi flexibil și poate acoperi și adapta perfect la o multitudine de structuri arhitecturale diferite.
„ Modulul de film subțire” poate acoperi fațade ale clădirilor, se poate integra cu ferestre și alte elemente arhitecturale neregulate. Se integrează eficient chiar și pe acoperișuri mari care nu sunt bine expuse la razele soarelui, înclinate sau orientate într-un mod neoptim.
Panourile fotovoltaice cu peliculă subțire pot forma, de asemenea, o peliculă de acoperire flexibilă pe orice suprafață arhitecturală. Aceasta, de fapt, este cerința optimă, cel mai important punct forte, pentru a favoriza o gamă largă de posibilități de aplicare în industria construcțiilor. Cu alte cuvinte: „integrarea arhitecturală este și punctul său forte” , dar asta nu este tot.
Printre avantajele peliculei subțiri se numără și acela de a „lucra” bine cu lumină difuză sau cu temperaturi ridicate. De asemenea, poate fi instalat orizontal sau vertical, fără a afecta semnificativ performanța. Instalând aceste panouri care nu sunt perfect orientate spre sud sau în poziție verticală, vor avea totuși un randament mai mare decât panourile de siliciu cristalin instalate în aceeași poziție.
Există diferite tipuri de panouri solare bazate pe diferite materiale semiconductoare și metode de fabricație folosite. Tipurile de panouri solare care pot fi găsite pe piață sunt:
Siliciu monocristalin pur – produs pe baza secțiunilor unei tije de siliciu cristalin pur dintr-o singură bucată. In laborator au atins randamente maxime de 25%;
Siliciu policristalin pur – materialele sunt asemănătoare cu cele de tipul menționat mai sus, dar în acest caz procesul de cristalizare a siliciului este diferit. Panourile policristaline se bazează pe secțiuni ale unei tije de siliciu structurate ca cristale minuscule, dezordonate. Sunt recunoscute după suprafața lor care are un aspect granulat. Au performanțe mai mici, dar și prețuri mai mici.
Modulele de siliciu cristalizat au o grosime considerabilă. Folosind o altă structură de siliciu sau alte materiale semiconductoare, se pot obține panouri mai subțiri și mai versatile care permit adaptarea la suprafețe neregulate. Se numesc panouri cu film subțire care se împart în:
În siliciu amorf – (TFS), tot pe bază de siliciu, dar spre deosebire de cele două precedente, acest material nu urmează nicio structură cristalină. Panourile de acest tip sunt utilizate în mod obișnuit pentru dispozitivele electronice mici (calculatoare, ceasuri), în panouri portabile mici. Performanța lor maximă în laborator a fost de 13% și cu modulele comerciale de 8%.
Telurura de cadmiu – Laboratorul de performanta 16% si module comerciale 8%
Galiu – Unul dintre cele mai eficiente materiale, prezintă randamente de laborator de 25,7% și producții comerciale de 20%
Cupru diselenură de indiu – randamentele de laborator sunt aproape de 17% și modulele comerciale la 9%
Există, de asemenea, module de joncțiune dublă Tandem care utilizează atât tehnologia film subțire, cât și tehnologia siliciului cristalin. Deoarece fiecare tip de material ocupă doar o parte din spectrul radiațiilor electromagnetice, prin combinarea a două sau trei tipuri de materiale este posibilă exploatarea unei părți mai mari a acestuia. Cu acest tip de panouri se obțin randamente de 35%.
0 Comments