Sisteme Fotovoltaice

Views:
 
Category: Entertainment
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

Play Energy Celulele Fotovoltaice:

Play Energy Celulele Fotovoltaice Prof. Coordonator:Luminita Galanton Popa Alexandru Cls. a-X-A

SISTEM FOTOVOLTAIC AUTONOM 1.1 Studiul actual al sistemelor fotovoltaice autonome Energia fotovoltaică este energia electrică obţinută din energia soarelui,directă şi indirectă, prin intermediul elementelor fotovoltaice. Energia se obţine datorită efectului fotogalvanic, care se bazează pe specificul siliciului de a elimina o cantitate mică de energie la contactul cu lumina solară. Există şi alte tipuri de materiale cu asemenea calităţi, însă siliciul este prioritar deoarece este uşor accesibil şi constituie 28% din scoarţa terestră.:

SISTEM FOTOVOLTAIC AUTONOM 1.1 Studiul actual al sistemelor fotovoltaice autonome Energia fotovoltaică este energia electrică obţinută din energia soarelui,directă şi indirectă, prin intermediul elementelor fotovoltaice. Energia se obţine datorită efectului fotogalvanic, care se bazează pe specificul siliciului de a elimina o cantitate mică de energie la contactul cu lumina solară. Există şi alte tipuri de materiale cu asemenea calităţi, însă siliciul este prioritar deoarece este uşor accesibil şi constituie 28% din scoarţa terestră. Un sistem fotovoltaic reprezintă un ansamblu compus din module fotovoltaice, dispositive electronice de reglare a energiei electrice, acumulatoare şi dispozitive de protecţie. Sistemele fotovoltaice pot fi divizate în sisteme autonome, conectate la reţea sau hibride. Sistemul fotovoltaic autonom nu conţine generatoare auxiliare de energie şi dupa necesitate este dotat cu acumulatoare. Procesul de transformare directa a luminii solare în curent electric poartă denumirea de process fotovoltaic. Panourile fotovoltaice sunt elementele principale din compunerea unui sistem de producere a energie electrice asigurand conversia energie fotonilor în energie electrică. Celulafotoelectrică permite conversia directă a energiei luminoase în energie electrică, principiul de functionare se bazează pe efectul fotoelectric. Efectul fotovoltaic constă în producerea unui curent electric ca urmare a absorbţiei radiaţiei electromagnetice (fotoni). Acest efect cunoaşte aplicaţii importante în semiconductori, unde generarea de purtători de sarcină liberi (electroni, goluri) este semnificativă în raport cu numărul purtătorilor

generaţi termic. Dacă în semiconductor există un câmp electric intens (ca în cazul joncţiunilor n-p însiliciu) atunci electronii generaţi ca urmare a absorbţiei radiaţiei (fotoelectroni) vor fi conduşi într-un circuit exterior, generându-se, astfel, energie electrică. Randamentul panourilor fotovoltaice a crescut permanent în ultimul deceniu ca urmare a eforturilor generale de reducere a dependenţei energetice, ajungînd astazi între 8-20%, în funcţie de gradul de absorbţie a radiaţiei solare. Eficienţa destul de scazută a panourilor fotovoltaice actuale este în principal datorată faptului că din spectrul solar vizibil doar o mică parte de frecvenţe de undă aradiaţiilor luminoase sunt transformate în electricitate. Utilizarea tehnologiilor înalte şi creşterea capacitaţilor de producţie au facut accesibile panourilor fotovoltaice atît pentru aplicaţii industriale cît şi casnice fiind în prezent o soluţie comună de producere a energiei electrice în ţarile dezvoltate. În funcţie de tehnologia de fabricaţie sunt disponibile trei mari categorii de celule fotovoltaice pe baza de cristale de siliciu monocristalin, policristalin şi siliciu amorf care ocupă 90% procente din piaţa mondială. Celulele fotovoltaice sunt asamblate în panouri etanşe de diferite marimi şi asigură puteri nominale de ieşire de citeva sute de waţi. Energia rezultantă este o energie regenerabila, nepoluanta si gratuită.O instalaţie de captare fotovoltaică costă aproximativ 5-10 euro/watt putere instalată. Panourile comercializate în ziua de azi sunt în general foarte fiabile şi pot funcţiona 10-25 de ani fără mari costuri de întreţinere: Caracteristicile materialelor utilizate în industria fotovoltaică Material Randament(AM1,5) Durata de viata Costuri Siliciu amorf 5-10% < 20 de ani Siliciu policristalin 10-15% 25-30 de ani 5 euro/W Siliciu monocristalin 15-20% 25-30 de ani 10 euro/W Arsenura de galiu (monostrat) 15-20% Arsenura de galiu (2 straturi) 15-20% Arsenura de galiu (3 straturi) 25% (30% la AM0) >20 de ani 20-100e/W :

generaţi termic. Dacă în semiconductor există un câmp electric intens (ca în cazul joncţiunilor n-p însiliciu) atunci electronii generaţi ca urmare a absorbţiei radiaţiei (fotoelectroni) vor fi conduşi într-un circuit exterior, generându-se, astfel, energie electrică. Randamentul panourilor fotovoltaice a crescut permanent în ultimul deceniu ca urmare a eforturilor generale de reducere a dependenţei energetice, ajungînd astazi între 8-20%, în funcţie de gradul de absorbţie a radiaţiei solare. Eficienţa destul de scazută a panourilor fotovoltaice actuale este în principal datorată faptului că din spectrul solar vizibil doar o mică parte de frecvenţe de undă aradiaţiilor luminoase sunt transformate în electricitate. Utilizarea tehnologiilor înalte şi creşterea capacitaţilor de producţie au facut accesibile panourilor fotovoltaice atît pentru aplicaţii industriale cît şi casnice fiind în prezent o soluţie comună de producere a energiei electrice în ţarile dezvoltate. În funcţie de tehnologia de fabricaţie sunt disponibile trei mari categorii de celule fotovoltaice pe baza de cristale de siliciu monocristalin, policristalin şi siliciu amorf care ocupă 90% procente din piaţa mondială. Celulele fotovoltaice sunt asamblate în panouri etanşe de diferite marimi şi asigură puteri nominale de ieşire de citeva sute de waţi. Energia rezultantă este o energie regenerabila, nepoluanta si gratuită.O instalaţie de captare fotovoltaică costă aproximativ 5-10 euro/watt putere instalată. Panourile comercializate în ziua de azi sunt în general foarte fiabile şi pot funcţiona 10-25 de ani fără mari costuri de întreţinere: Caracteristicile materialelor utilizate în industria fotovoltaică Material Randament(AM1,5) Durata de viata Costuri Siliciu amorf 5-10% < 20 de ani Siliciu policristalin 10-15% 25-30 de ani 5 euro/W Siliciu monocristalin 15-20% 25-30 de ani 10 euro/W Arsenura de galiu (monostrat) 15-20% Arsenura de galiu (2 straturi) 15-20% Arsenura de galiu (3 straturi) 25% (30% la AM0) >20 de ani 20-100e/W

Celule pe bază de siliciu Strat gros Celule monocristaline (c-Si) randament mare - în producția în serie se pot atinge până la peste 20 % randament energetic, tehnică de fabricație pusă la punct; totuși procesul de fabricație este energofag, ceea ce are o influență negativă asupra periodei de recuperare (timp în care echivalentul energiei consumate în procesul de fabricare devine egal cantitatea de energia generată). Celule policristaline (mc-Si) la producția în serie s-a atins deja un randament energetic de peste la 16 %, cosum relativ mic de energie în procesul de fabricație, și până acum cu cel mai bun raport preț – performanță. Strat subțire Celule cu siliciu amorf (a-Si) cel mai mare segment de piață la celule cu strat subțire; randament energetic al modulelor de la 5 la 7 %; nu există strangulări în aprovizionare chiar și la o producție de ordinul TeraWatt Celule pe bază de siliciu cristalin, ex. microcristale (µc-Si) în combinație cu siliciul amorf randament mare; tehnologia aceeași ca la siliciul amorf Semiconductoare pe bază de elemente din grupa III-V Celule cu GaAs randament mare, foarte stabil la schimbările de temperatură, la încălzire o pierdere de putere mai mică decât la celulele cristaline pe bază de siliciu, robust vizavi de radiația ultravioletă, tehnologie scumpă, se utilizează de obicei în industria spațială (GaInP/GaAs, GaAs/Ge) Semiconductoare pe bază de elemente din grupa II-VI Celule cu CdTe utilizează o tehnologie foarte avantajoasă CBD(depunere de staturi subțiri pe suprafețe mari în mediu cu pH , temperatură și concentrație de reagent controlate) ; în laborator s-a atins un randament de 16 %, dar modulele fabricate până acum au atins un randament sub 10 %, nu se cunoaște fiabilitatea. Din motive de protecția mediului este improbabilă utilizarea pe scară largă. :

Celule pe bază de siliciu Strat gros Celule monocristaline (c-Si) randament mare - în producția în serie se pot atinge până la peste 20 % randament energetic, tehnică de fabricație pusă la punct; totuși procesul de fabricație este energofag, ceea ce are o influență negativă asupra periodei de recuperare (timp în care echivalentul energiei consumate în procesul de fabricare devine egal cantitatea de energia generată). Celule policristaline (mc-Si) la producția în serie s-a atins deja un randament energetic de peste la 16 %, cosum relativ mic de energie în procesul de fabricație, și până acum cu cel mai bun raport preț – performanță. Strat subțire Celule cu siliciu amorf (a-Si) cel mai mare segment de piață la celule cu strat subțire; randament energetic al modulelor de la 5 la 7 %; nu există strangulări în aprovizionare chiar și la o producție de ordinul TeraWatt Celule pe bază de siliciu cristalin, ex. microcristale (µc-Si) în combinație cu siliciul amorf randament mare; tehnologia aceeași ca la siliciul amorf Semiconductoare pe bază de elemente din grupa III-V Celule cu GaAs randament mare, foarte stabil la schimbările de temperatură, la încălzire o pierdere de putere mai mică decât la celulele cristaline pe bază de siliciu, robust vizavi de radiația ultravioletă, tehnologie scumpă, se utilizează de obicei în industria spațială (GaInP/GaAs, GaAs/Ge) Semiconductoare pe bază de elemente din grupa II-VI Celule cu CdTe utilizează o tehnologie foarte avantajoasă CBD(depunere de staturi subțiri pe suprafețe mari în mediu cu pH , temperatură și concentrație de reagent controlate) ; în laborator s-a atins un randament de 16 %, dar modulele fabricate până acum au atins un randament sub 10 %, nu se cunoaște fiabilitatea. Din motive de protecția mediului este improbabilă utilizarea pe scară largă.

Celule CIS, CIGS CIS este prescurtarea de la Cupru-Indiu-Diselenid produs în stație pilot la firma Würth Solar în Marbach am Neckar, respectiv Cupru-Indiu-Disulfat la firma Sulfurcell în Berlin, iar CIGS pentru Cupru-Indiu-Galiu-Diselenat produs în stație pilot în Uppsala/Suedia. Producătorii de mai sus promit trecerea la producția în masă în anul 2007. Celule solare pe bază de compuși organici Tehnologia bazată pe chimia organică furnizează compuși care pot permite fabricarea de celule solare mai ieftine. Prezintă, totuși, un impediment faptul că aceste celule au un randament redus și o durată de viață redusă (max. 5000h). Încă (ianuarie 2007) nu există celule solare pe bază de compuși organici pe piață. Celule pe bază de pigmenți Numite și celule Grätzel utilizează pigmenți naturali pentru transformarea luminii în energie electrică; o procedură ce se bazează pe efectul de fotosinteză. De obicei sunt de culoare mov. Celule cu electrolit semiconductor De exemplu soluția: oxid de cupru/NaCl. Sunt celule foarte ușor de fabrict dar puterea și siguranța în utilizare sunt limitate. Celule pe bază de polimeri Deocamdată se află doar în fază de cercetare. Instalaţiile fotovoltaice produc energie electrică gratis (din lumina soarelui). Panourile solare fotovoltaice produc energie electrică 4h/zi (calculul se face pe minimum ore de lumină iarna). Ziua, timp de 4 ore, ( iarna 1,5 ore) aceste panouri solare produc energie electrică şi în acelaşi timp înmagazinează energie în baterii, pentru a fi folosită în timpul nopţii, la casele izolate, fără legatură la reţeaua electrică naţională.Pînă în anul 1973 (prima criză a petrolului) celulele solare s-au utilizat mai mult în aplicaţii spaţiale. Pînă la începutul anilor ’90 producţia mondială de celule solare (aproximativ 50 MW/an) era complet nesemnificativă la nivelul consumului de electricitate global :

Celule CIS, CIGS CIS este prescurtarea de la Cupru - Indiu -Diselenid produs în stație pilot la firma Würth Solar în Marbach am Neckar, respectiv Cupru-Indiu-Di sulfat la firma Sulfurcell în Berlin, iar CIGS pentru Cupru-Indiu- Galiu -Diselenat produs în stație pilot în Uppsala/Suedia. Producătorii de mai sus promit trecerea la producția în masă în anul 2007. Celule solare pe bază de compuși organici Tehnologia bazată pe chimia organică furnizează compuși care pot permite fabricarea de celule solare mai ieftine. Prezintă, totuși, un impediment faptul că aceste celule au un randament redus și o durată de viață redusă (max. 5000h). Încă ( ianuarie 2007 ) nu există celule solare pe bază de compuși organici pe piață. Celule pe bază de pigmenți Numite și celule Grätzel utilizează pigmenți naturali pentru transformarea luminii în energie electrică; o procedură ce se bazează pe efectul de fotosinteză . De obicei sunt de culoare mov. Celule cu electrolit semiconductor De exemplu soluția: oxid de cupru/NaCl. Sunt celule foarte ușor de fabrict dar puterea și siguranța în utilizare sunt limitate. Celule pe bază de polimeri Deocamdată se află doar în fază de cercetare. Instalaţiile fotovoltaice produc energie electrică gratis (din lumina soarelui). Panourile solare fotovoltaice produc energie electrică 4h/zi (calculul se face pe minimum ore de lumină iarna). Ziua, timp de 4 ore, ( iarna 1,5 ore) aceste panouri solare produc energie electrică şi în acelaşi timp înmagazinează energie în baterii, pentru a fi folosită în timpul nopţii, la casele izolate, fără legatură la reţeaua electrică naţională.Pînă în anul 1973 (prima criză a petrolului) celulele solare s-au utilizat mai mult în aplicaţii spaţiale. Pînă la începutul anilor ’90 producţia mondială de celule solare (aproximativ 50 MW/an) era complet nesemnificativă la nivelul consumului de electricitate global

Sursele regenerabile de energie, şi în particular energia solară fotovoltaică, au primit un impuls puternic în urma summit-ului de la Kyoto (1997) privind starea surselor de poluare ale planetei. Caurmare a acestui samit, s-a stabilit o reducere a emisiilor de CO2 (principala cauză a efectului de seră) cu 15% pînă în anul 2010 şi, implicit, sprijinirea dezvoltării accentuate a surselor regenerabile de energie, în particular a aplicaţiilor fotovoltaice. Astfel, în anul 1997 a fost lansat în SUA programul intitulat “1 Milion de acoperişuri sub soare”, ce anticipează o producţie de 1,5 GW în anul 2010. În Japonia, programul susţinut de guvern prevede o producţie de 4,6 GW pe an în 2010. Utilizarea sistemelor fotovoltaice pe plan mondial au un şir de avantaje: • siguranţă înaltă - iniţial elementele fotovoltaice au fost elaborate ca tehnologii cosmice; • rezistente pentru condiţii extreme şi de durata lunga de viaţă; • cheltuieli curente mici, elementele folosesc lumina solara, combustibil gratis; • datorita lipsei componentelor mobile, nu necesita îngrijire deosebita şi cheltuieli adugatoare; • ecologic curate - nu consuma combustibil fosil, nu produc modificări în mediu, deci nu poluează. Arderea combustibililor fosili produce fum şi gaze toxice, cauzând ploi acide, poluarea apelor şi a aerului. Dioxidul de carbon CO 2 produce efectul de seră. Utilizând energia solară nu se produce degradarea mediului şi se reduce efectul de încălzire globale. • lipsa componentelor mobile nu duce la apariţia zgomotelor (nu produc poluare sonoră), deci pot fi utilizate pretutindeni; • fiabilitate ridicata, durata de viata lunga; :

Sursele regenerabile de energie, şi în particular energia solară fotovoltaică, au primit un impuls puternic în urma summit-ului de la Kyoto (1997) privind starea surselor de poluare ale planetei. Caurmare a acestui samit, s-a stabilit o reducere a emisiilor de CO2 (principala cauză a efectului de seră) cu 15% pînă în anul 2010 şi, implicit, sprijinirea dezvoltării accentuate a surselor regenerabile de energie, în particular a aplicaţiilor fotovoltaice. Astfel, în anul 1997 a fost lansat în SUA programul intitulat “1 Milion de acoperişuri sub soare”, ce anticipează o producţie de 1,5 GW în anul 2010. În Japonia, programul susţinut de guvern prevede o producţie de 4,6 GW pe an în 2010. Utilizarea sistemelor fotovoltaice pe plan mondial au un şir de avantaje: • siguranţă înaltă - iniţial elementele fotovoltaice au fost elaborate ca tehnologii cosmice; • rezistente pentru condiţii extreme şi de durata lunga de viaţă; • cheltuieli curente mici, elementele folosesc lumina solara, combustibil gratis; • datorita lipsei componentelor mobile, nu necesita îngrijire deosebita şi cheltuieli adugatoare; • ecologic curate - nu consuma combustibil fosil, nu produc modificări în mediu, deci nu poluează. Arderea combustibililor fosili produce fum şi gaze toxice, cauzând ploi acide, poluarea apelor şi a aerului. Dioxidul de carbon CO 2 produce efectul de seră. Utilizând energia solară nu se produce degradarea mediului şi se reduce efectul de încălzire globale. • lipsa componentelor mobile nu duce la apariţia zgomotelor (nu produc poluare sonoră), deci pot fi utilizate pretutindeni; • fiabilitate ridicata, durata de viata lunga;

• comoditate şi cheltuieli mici la instalare - sistemele fotovoltaice pot fi de diferite mărimi, fiindadaptate la preferinţele consumatorului, mărind sau micşorând ulterior capacitatea. Pot fimobile şi, deci, pot fi utilizate în diverse locuri; • rentabile mai ales în locuri izolate,cum ar fi:staţii de comunicaţie, posturi antigrindină, cabane; • eliminarea armonicilor şi compensarea pierderilor de putere reactivă; • investiţie iniţial redusă şi recuperare rapidă; • cheltuieli mici la transportarea energiei produse - fiind instalate în apropierea nemijlocită aconsumatorului nu necesită reţele sau lungimi mari fire de transport a energiei electrice. Este o prioritate esenţială, deoarece se cunoaşte că costul transportării constituie circa 50% din costulfinal al energiei electrice clasice; • crearea de noi locuri de muncă într-un domeniu de viitor. Utilizarea surselor de energie fotovoltaică asigură, împreună cu celelalte surse regenerabile de energie dezvoltarea durabilă şi independenţa energetică a ţărilor care le utilizează deoarece se bazează pe combustibili practic inepuizabili. :

• comoditate şi cheltuieli mici la instalare - sistemele fotovoltaice pot fi de diferite mărimi, fiindadaptate la preferinţele consumatorului, mărind sau micşorând ulterior capacitatea. Pot fimobile şi, deci, pot fi utilizate în diverse locuri; • rentabile mai ales în locuri izolate,cum ar fi:staţii de comunicaţie, posturi antigrindină, cabane; • eliminarea armonicilor şi compensarea pierderilor de putere reactivă; • investiţie iniţial redusă şi recuperare rapidă; • cheltuieli mici la transportarea energiei produse - fiind instalate în apropierea nemijlocită aconsumatorului nu necesită reţele sau lungimi mari fire de transport a energiei electrice. Este o prioritate esenţială, deoarece se cunoaşte că costul transportării constituie circa 50% din costulfinal al energiei electrice clasice; • crearea de noi locuri de muncă într-un domeniu de viitor. Utilizarea surselor de energie fotovoltaică asigură, împreună cu celelalte surse regenerabile de energie dezvoltarea durabilă şi independenţa energetică a ţărilor care le utilizează deoarece se bazează pe combustibili practic inepuizabili.

Moduri de construcție Pe lângă materia primă o importanță mare prezintă tehnologia utilizată. Se deosebesc diferite structuri și aranjamente în care se depun electrozii de acoperire transparenți a căror rezistență nu este deloc neglijabilă. Alte tehnici vizează mărirea eficienței asigurând absorbția unui spectru de frecvență cât mai larg prin suprapunerea mai multor materiale cu diferite caracteristici de absorbție. Se încearcă selectarea materialelor în așa fel încât spectrul luminii naturale să fie absorbit la maximum. Actualmente celulele solare pe bază de materiale semiconductoare cele mai des comercializate sunt cel pe bază de siliciu. Celulele solare pe bază de materiale semiconductoare utilizate pentru producerea de energie electrică sunt legate în module. Pe un modul se află mai multe rânduri de celule solare conectate în serie între ele pe fața și pe reversul modulului permițând, datorită tensiunii însumate, utilizarea unor conductori cu secțiune mai mică decât la legarea în paralel. Pentru protejarea unei celule solare împotriva efectului de avalanșă în joncțiune, datorată potențialului mai mare (apărută de exemplu la umbrirea parțială a modulului), trebuie incorporate paralel cu celulele solare diode de protecție (bypass). Sistemele de panouri solare sunt înzestrate uneori cu mecanisme de orientare, panoul fiind în permanență direcționat pentru a exploata la maximum energia solară incidentă. Randamentul termodinamic maxim teoretic pentru producerea de energie din lumina solară este de 85 %. Acesta se calculează din temperatura suprafeței soarelui(5800 °K), temperatura maximă de absorbție(<2500 °K, tempertura de topire a materialelor greu fuzibile) și temperatura mediului înconjurător(300 °K). Dacă se utilizează doar o porțiune din spectrul luminii solare, valoarea teoretică se reduce în funcție de lungimea de undă, până la 5-35 %. Neutilizarea spectrului complet este una din dezavantajele celulelor solare față de centralele solare termice. :

Moduri de construcție Pe lângă materia primă o importanță mare prezintă tehnologia utilizată. Se deosebesc diferite structuri și aranjamente în care se depun electrozii de acoperire transparenți a căror rezistență nu este deloc neglijabilă. Alte tehnici vizează mărirea eficienței asigurând absorbția unui spectru de frecvență cât mai larg prin suprapunerea mai multor materiale cu diferite caracteristici de absorbție . Se încearcă selectarea materialelor în așa fel încât spectrul luminii naturale să fie absorbit la maximum. Actualmente celulele solare pe bază de materiale semiconductoare cele mai des comercializate sunt cel pe bază de siliciu . Celulele solare pe bază de materiale semiconductoare utilizate pentru producerea de energie electrică sunt legate în module. Pe un modul se află mai multe rânduri de celule solare conectate în serie între ele pe fața și pe reversul modulului permițând, datorită tensiunii însumate, utilizarea unor conductori cu secțiune mai mică decât la legarea în paralel. Pentru protejarea unei celule solare împotriva efectului de avalanșă în joncțiune , datorată potențialului mai mare (apărută de exemplu la umbrirea parțială a modulului), trebuie incorporate paralel cu celulele solare diode de protecție (bypass). Sistemele de panouri solare sunt înzestrate uneori cu mecanisme de orientare, panoul fiind în permanență direcționat pentru a exploata la maximum energia solară incidentă. Randamentul termodinamic maxim teoretic pentru producerea de energie din lumina solară este de 85 %. Acesta se calculează din temperatura suprafeței soarelui(5800 °K), temperatura maximă de absorbție(<2500 °K, tempertura de topire a materialelor greu fuzibile) și temperatura mediului înconjurător(300 °K). Dacă se utilizează doar o porțiune din spectrul luminii solare, valoarea teoretică se reduce în funcție de lungimea de undă, până la 5-35 %. Neutilizarea spectrului complet este una din dezavantajele celulelor solare față de centralele solare termice.

PowerPoint Presentation:

Absorbţia radiaţiei solare de către Siliciu (mono- und policristalin)

PowerPoint Presentation:

Absorbţia radiaţiei solare de către Gallium-Antimonat

PowerPoint Presentation:

Princ. de funcţionare a celulei solare cu semiconductori: Fotoni incidentali eliberează electroni şi goluri, care se vor separa în câmpul electric al zonei de sarcină spaţială a joncţiunii p-n Principiu de funcționare

PowerPoint Presentation:

Structura unei celule solare simple cu impurificare pin - positive intrinsic negative. Semiconductoare în principiu sunt construite ca niște fotodiode cu suprafață mare care însă nu se utilizează ca detectoare de radiații ci ca sursă de curent. Interesant la acest tip de semiconductoare este că prin absorbție de energie (căldură sau lumină) eliberează purtători de sarcină (electroni și goluri). Este nevoie de un câmp electrostatic intern pentru ca din acești purtători să se creeze un curent electric dirijându-I în direcții diferite. Acest câmp electric intern apare în dreptul unei joncțiuni p-n. Pentru că intensitatea fluxului luminos scade exponențial cu adâncimea, această joncțiune este necesar să fie cât mai aproape de suprafața materialului și să se pătrundă cât mai adânc. Această joncțiune se creează prin impurificarea controlată. Pentru a realiza profilul dorit, în mod normal se impurifică „n” un strat subțire de suprafață și „p” stratul gros de dedesubt în urma căruia apare joncțiunea. Sub acțiunea fotonilor apar cupluri electron-gol în joncțiune, din care electronii vor fi accelerați spre interior, iar golurile spre suprafață. O parte din aceste cupluri electron-gol se vor recombina în joncțiune rezultând o disipare de căldură, restul curentului putând fi utilizat de un consumator, încărcat într-un acumulator sau prin intermediul unui invertor livrat în rețeaua publică. Tensiunea electromotare maximă la bornele unei celule solare (de exemplu la cele mai utilizate, celulele de siliciu cristaline) este de 0,5 V.

Structura celulelor solare se realizează în așa mod încât să absoarbă cât mai multă lumină și să apară cât mai multe sarcini in joncțiune. Pentru aceasta electrodul de suprafață trebuie să fie transparentă, contactele la acest strat să fie pe cât posibil de subțiri, pe suprafață se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micșora gradul de reflexie a luminii incidente. Acestui strat antireflectorizant i se atribuie culoare negru-albăstruie a celulelor solare care fără aceasta ar avea o culoare gri-argintie. La celulele solare moderne se obține din nitrat de siliciu prin procedeul PE-CVD(pe o suprafață încălzită se depun în urma unei reacții chimice componente extrase dintr-o fază gazoasă) un stratul antireflectorizant de cca 70 nm grosime (sfert de lungime de undă la un coeficient de refracție de 2,0). Se mai utilizează straturi reflectorizante din SiO2 și TiO2 ce se depun prin procedeul AP-CVD. Grosimea stratului influențează culoarea celulei (culoarea de interferență). Grosimea stratului trebuie să fie cât se poate de uniformă, deoarece abateri de câțiva nanometri măresc gradul de reflexie. Celulele își datorează culoarea albastră realizării unei grosimi ce corespunde lungimii de undă a culorii roșii, culorea cea mai bine absorbită de siliciu. În principiu însă în acest mod se pot realiza celule roșii, galbene, sau verzi la cerințe arhitectonice deosebite, dar vor avea un randament mai slab. În cazul nitratului de siliciu și a bioxidului de siliciu stratul antireflectorizant mai are și un rol de a reduce viteza de recombinare superficială.:

Structura celulelor solare se realizează în așa mod încât să absoarbă cât mai multă lumină și să apară cât mai multe sarcini in joncțiune. Pentru aceasta electrodul de suprafață trebuie să fie transparentă, contactele la acest strat să fie pe cât posibil de subțiri, pe suprafață se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micșora gradul de reflexie a luminii incidente. Acestui strat antireflectorizant i se atribuie culoare negru-albăstruie a celulelor solare care fără aceasta ar avea o culoare gri-argintie. La celulele solare moderne se obține din nitrat de siliciu prin procedeul PE-CVD(pe o suprafață încălzită se depun în urma unei reacții chimice componente extrase dintr-o fază gazoasă) un stratul antireflectorizant de cca 70 nm grosime (sfert de lungime de undă la un coeficient de refracție de 2,0). Se mai utilizează straturi reflectorizante din SiO2 și TiO2 ce se depun prin procedeul AP-CVD. Grosimea stratului influențează culoarea celulei (culoarea de interferență). Grosimea stratului trebuie să fie cât se poate de uniformă, deoarece abateri de câțiva nanometri măresc gradul de reflexie. Celulele își datorează culoarea albastră realizării unei grosimi ce corespunde lungimii de undă a culorii roșii, culorea cea mai bine absorbită de siliciu. În principiu însă în acest mod se pot realiza celule roșii, galbene, sau verzi la cerințe arhitectonice deosebite, dar vor avea un randament mai slab. În cazul nitratului de siliciu și a bioxidului de siliciu stratul antireflectorizant mai are și un rol de a reduce viteza de recombinare superficială.

PowerPoint Presentation:

Celulă solară multicristalină Materialul cel mai utilizat pentru fabricarea de celule solare pe bază de semiconductori este Siliciul. Dacă la început pentru producerea celulelor solare se utilizau deșeuri rezultate din alte procese tehnologice pe bază de semiconductori, astăzi se apelează la materiale special în acest scop fabricate. Pentru industria semiconductorilor siliciul este materialul aproape ideal. Este ieftin, se poate produce întru-un singur cristal la un înalt grad de puritate, și se poate impurifica(dota) în semiconductor de tip “n” sau “p”. Prin simpla oxidare se pot crea straturi izolatoare subțiri. Totuși lărgimea zonei interzise fac siliciul mai puțin potrivit pentru exploatarea directă a efectul fotoelectric . Celule solare pe bază pe siliciu cristalin necesită o grosime de strat de cel puțin 100 µm sau mai mult pentru a pute absorbi lumina solară eficient. La celulele cu strat subțire de tip semiconductor direct ca de exemplu GaAs sau chiar siliciu cu structura cristalină puternic perturbată (vezi mai jos), sunt suficiente 10 µm. În funcție de starea cristalină se deosebesc următoarele tipuri de siliciu: Celule solare pe bază de siliciu

PowerPoint Presentation:

Monocristaline Celulele rezultă din așa numitele Wafer (plăci de siliciu dintr-un cristal). Aceste cristale reprezintă materia de bază pentru industria de semiconductori și sunt destul de scumpe. Policristaline Celulele sunt din plăci care conțin zone cu cristale cu orientări diferite. Acestea pot fi fabricate de exemplu prin procedeul de turnare, sunt mai ieftine și ca atare cele mai răspândite în producția de dispozitive fotovoltaice. Deseori ele se numesc și celule solare policristaline. Amorfe Celulele solare constau dintr-un strat subțire de siliciu amorf (fără cristalizare) și din această cauză se numesc celule cu strat subțire. Se pot produce de exemplu prin procedeul de condensare de vapori de siliciu și sunt foarte ieftine, dar au un randament scăzut în spectru de lumină solară, totuși au avantaje la lumină slabă. De aceea se utilizează în calculatoare de buzunar și ceasuri. Microcristaline Acestea sunt celule cu strat subțire cu structură microcristalină. Au un randament mai bun decât celulele amorfe și nu au un strat atât de gros ca cele policristaline. Se utilizează parțial la fabricarea de panouri fotovoltaice , dar nu sunt atât de răspândite. Celule solare tandem sunt straturi de celule solare suprapuse, deobicei o combinație de straturi policristaline și amorfe. Straturile sunt din materiale diferite și astfel acordate pe domenii diferite de lungimi de undă a luminii. Prin utilizarea unui spectru mai larg din lumina solară, aceste celule au un randament mai mare decât celulele solare simple. Se utilizează parțial la fabricarea de panouri solare dar sunt relativ scumpe. O ieftinire apreciabilă se va obține prin utilizarea în combinație cu sisteme de lentile, așa numitele sisteme de concentrare.

PowerPoint Presentation:

1.2 Clasificarea sistemelor autonome Sistemele fotovoltaice se utilizate ca sisteme autonome pentru alimentarea cu energie electrica aunor consumatori aflaţi la distanţă mare de sistemul naţional de alimentare cu energie electrica. În acest caz, în compunerea sistemului se mai adaugă un grup de acumulatoare pentru stocarea energieielectrice, un redresor pentru încărcarea acumulatoarelor şi un grup electrogen ca sursa de rezerva. De regula, sistemele fotovoltaice conectate la reţea produc energia electrică necesară consumului pe durata zilei, injectand în sistemul energetic naţional surplusul pe care-l produc. Masurarea energiei injectate în sistemul naţional se face cu ajutorul contoarelor electrice reversibile, astfel încît utilizatorulachită la sfarşitul lunii doar balanţa rezultata din însumarea energiei electrice livrate cu cea consumată. Destinaţia acestor sisteme poate fi: iluminatul electric, alimentarea cu energie electrică a farurilor, a mijloacelor de telecomunicaţie cu puterea totală de până la câţiva kilowaţi, a altor  consumatori amplasaţi în locuri necuprinse de reţeaua electrică publică. Instalaţiile autonome pot fi utile şi înzonele electrificate, fiind folosite ca surse de energie ieftină pentru încălzire sau funcţionează în paralel cu reţeaua.

1.2.1 Sistem autonom - curent continuu Generator  Controller de  Stabilizator de  Consumator Fotovoltaic incarcare tensiune Acumulator Sistem fotovoltaic autonom cu ieşire în curent continuu Acesta este cel mai simplu sistem fotovoltaic autonom, foarte util în locurile izolate. • Panourile solare fotovoltaice încarca bateriile în timpul zilei iar acestea , la randul lor,alimenteaza consumatorii de curent continuu: televizorul / radioul / computerul portabil,monitor LCD, antena GSM, pompa de apa ... etc. Dimensionarea panourilor voltaice şi alegerea bateriei se face în funcţie de consumatorii electrici conectati. • Cand bateria s-a incarcat, regulatorul de baterie opreşte alimentarea cu curent electric a acesteiaevitand astfel posibile complicatii ale bateriei: scaderea randamentului, scurgeri de acid sauchiar explozia acesteia. • Tabloul electric ( opţional pentru sisteme mici ) poate conţine un contor pentru monitorizarea consumului şi siguranţă în cazul unui scurtcircuit produs de catre un consumator electric.:

1.2.1 Sistem autonom - curent continuu Generator  Controller de  Stabilizator de  Consumator Fotovoltaic incarcare tensiune Acumulator Sistem fotovoltaic autonom cu ieşire în curent continuu Acesta este cel mai simplu sistem fotovoltaic autonom, foarte util în locurile izolate. • Panourile solare fotovoltaice încarca bateriile în timpul zilei iar acestea , la randul lor,alimenteaza consumatorii de curent continuu: televizorul / radioul / computerul portabil,monitor LCD, antena GSM, pompa de apa ... etc. Dimensionarea panourilor voltaice şi alegerea bateriei se face în funcţie de consumatorii electrici conectati. • Cand bateria s-a incarcat, regulatorul de baterie opreşte alimentarea cu curent electric a acesteiaevitand astfel posibile complicatii ale bateriei: scaderea randamentului, scurgeri de acid sauchiar explozia acesteia. • Tabloul electric ( opţional pentru sisteme mici ) poate conţine un contor pentru monitorizarea consumului şi siguranţă în cazul unui scurtcircuit produs de catre un consumator electric.

1.2.2 Sistem autonom - curent continuu + curent alternativ Generator  Controller de  Sarcina de current continuu Fotovoltaic incarcare Acumulator  Invertor  Consumator Sistem fotovoltaic autonom cu ieşire în curent continuu ⁄ alternativ Acest sistem este identic cu cel prezentat mai sus, singura diferenţă fiind prezenţa unui dispozitivelectronic numit inversor care are rolul de a transforma curentul continuu în current alternativ.Prezenţa inversorului face posibilă conectarea celor mai multe aparate electrocasnice: frigider, aspirator, maşina de spalat, fier de calcat, congelator, aparat de aer condiţionat, uscător de păr ... etc. Există o gama largă de inversoare de calitate avînd puterea cuprinsă între 100 W - 11000 W şi o performanţă de conversie de peste 95%. În funcţie de consumatorii electrici conectaţi la sistem, se va alege invesorul potrivit. Pe masura ce tot mai mulţi consumatori electrici vor fi conectaţi la sistem,dacă se depaşesc parametrii iniţiali, se va recalcula intregul sistem: numărul de panouri fotovoltaice, numărul de acumulatori, puterea inversorului.:

1.2.2 Sistem autonom - curent continuu + curent alternativ Generator  Controller de  Sarcina de current continuu Fotovoltaic incarcare Acumulator  Invertor  Consumator Sistem fotovoltaic autonom cu ieşire în curent continuu ⁄ alternativ Acest sistem este identic cu cel prezentat mai sus, singura diferenţă fiind prezenţa unui dispozitivelectronic numit inversor care are rolul de a transforma curentul continuu în current alternativ.Prezenţa inversorului face posibilă conectarea celor mai multe aparate electrocasnice: frigider, aspirator, maşina de spalat, fier de calcat, congelator, aparat de aer condiţionat, uscător de păr ... etc. Există o gama largă de inversoare de calitate avînd puterea cuprinsă între 100 W - 11000 W şi o performanţă de conversie de peste 95%. În funcţie de consumatorii electrici conectaţi la sistem, se va alege invesorul potrivit. Pe masura ce tot mai mulţi consumatori electrici vor fi conectaţi la sistem,dacă se depaşesc parametrii iniţiali, se va recalcula intregul sistem: numărul de panouri fotovoltaice, numărul de acumulatori, puterea inversorului.

1.2.3 Sistem autonom - curent alternative Pentru alimentarea anumitor produse sau aplicaţii se fabrică module standard, care furnizează ocantitate mai mică sau mai mare de energie. Aceste module standard sunt dimensionate să aibă otensiune nominală între 15 şi 17 volţi astfel încât să fie capabile să încarce un acumulator cu tensiunea nominală de 12V. Generator  Controller de  Invertor  Consumator Fotovoltaic incarcare Acumulator Sistem fotovoltaic autonom cu ieşire în curent alternativ :

1.2.3 Sistem autonom - curent alternative Pentru alimentarea anumitor produse sau aplicaţii se fabrică module standard, care furnizează ocantitate mai mică sau mai mare de energie. Aceste module standard sunt dimensionate să aibă otensiune nominală între 15 şi 17 volţi astfel încât să fie capabile să încarce un acumulator cu tensiunea nominală de 12V. Generator  Controller de  Invertor  Consumator Fotovoltaic incarcare Acumulator Sistem fotovoltaic autonom cu ieşire în curent alternativ

Un sistem autonom ca acesta ( curent alternativ ) este compus în general din 10 sau mai multe panouri fotovoltaice, mai multe acumulatoare şi unul sau mai multe inversoare. În cazul în care sunt conectaţi consumatori de putere mare şi se necesită o funcţionare continua (frigidere, congelatoare,sisteme de supraveghere ...etc.), în aşa caz conectarea mai multor inversoare este soluţia cea mai optima. Pentru a preveni supraîncărcarea bateriei sau descărcarea completă a acesteia se foloseşte un regulator (controler) de încărcare, montat între generatorul fotovoltaic şi acumulator. Regulatorul de încărcareconţine, de obicei şi o diodă de protecţie la descărcare, care previne descărcarea bateriei pe timp de noapte prin generatorul fotovoltaic. Un regulator de încărcare bun consumă foarte puţin şi are o tensiune de mers în gol scăzută, ceea ce protejează acumulatorul să nu se descarce. Acumulatorul înmagazinează energia produsă de generatorul fotovoltaic şi o furnizeazăconsumatorului în caz de vreme rea sau pe timpul nopţii. Dispozitivele care se alimentează de la generatorul fotovoltaic folosesc pentru stocare cel mai des baterii nichel – cadmiu (NiCd) sau nichel – metal hidrid (NiMH). Totuşi se folosesc şi baterii cu plumb, baterii litiu – ion sau condensatori (numiţişi condensatori dublu strat). În sistemele fotovoltaice care alimentează reşedinţe permanente, care au cicluri de încărcare/descărcare zilnice, se folosesc, de obicei, baterii cu anozi tubulari („OpzS”). Acestea au un număr mare de cicluri şi, prin urmare, durata de viaţă mai lungă. Adesea, se folosesc baterii normale de maşină deoarece sunt mai uşor de procurat şi sunt mai ieftine. Pentru adaptarea tensiunii de ieşire a generatorului la tensiunea necesară consumatorului sefoloseşte un regulator de tensiune. Pentru dispozitivele alimentate de celule fotovoltaice, regulatorul este, de obicei, un convertor c.c./c.c. (current continuu / current continuu), care transformă un current continuu de o anumită valoare în curent continuu cu altă valoare.:

Un sistem autonom ca acesta ( curent alternativ ) este compus în general din 10 sau mai multe panouri fotovoltaice, mai multe acumulatoare şi unul sau mai multe inversoare. În cazul în care sunt conectaţi consumatori de putere mare şi se necesită o funcţionare continua (frigidere, congelatoare,sisteme de supraveghere ...etc.), în aşa caz conectarea mai multor inversoare este soluţia cea mai optima. Pentru a preveni supraîncărcarea bateriei sau descărcarea completă a acesteia se foloseşte un regulator (controler) de încărcare, montat între generatorul fotovoltaic şi acumulator. Regulatorul de încărcareconţine, de obicei şi o diodă de protecţie la descărcare, care previne descărcarea bateriei pe timp de noapte prin generatorul fotovoltaic. Un regulator de încărcare bun consumă foarte puţin şi are o tensiune de mers în gol scăzută, ceea ce protejează acumulatorul să nu se descarce. Acumulatorul înmagazinează energia produsă de generatorul fotovoltaic şi o furnizeazăconsumatorului în caz de vreme rea sau pe timpul nopţii. Dispozitivele care se alimentează de la generatorul fotovoltaic folosesc pentru stocare cel mai des baterii nichel – cadmiu (NiCd) sau nichel – metal hidrid (NiMH). Totuşi se folosesc şi baterii cu plumb, baterii litiu – ion sau condensatori (numiţişi condensatori dublu strat). În sistemele fotovoltaice care alimentează reşedinţe permanente, care au cicluri de încărcare/descărcare zilnice, se folosesc, de obicei, baterii cu anozi tubulari („OpzS”). Acestea au un număr mare de cicluri şi, prin urmare, durata de viaţă mai lungă. Adesea, se folosesc baterii normale de maşină deoarece sunt mai uşor de procurat şi sunt mai ieftine. Pentru adaptarea tensiunii de ieşire a generatorului la tensiunea necesară consumatorului sefoloseşte un regulator de tensiune. Pentru dispozitivele alimentate de celule fotovoltaice, regulatorul este, de obicei, un convertor c.c./c.c. (current continuu / current continuu), care transformă un current continuu de o anumită valoare în curent continuu cu altă valoare.

1.2.4 Sistem autonom - curent alternativ + generator electric Generator  Controller de fotovoltaic incarcare Turbina  Incarcator de  Acumulator  Invertor  Consumator eoliana baterie Motor  Incarcator de generator baterie Schema bloc a unui sistem hibrid care constă dintr-un generator fotovoltaic, un generator eolian şi un motor generator Acest sistem poate fi o alternativă mai ieftină deoarece sistemul de panouri fotovoltaice nu trebuiesă fie planificat atat de mare încat să asigure autonomia energetică necesară în caz de condiţiimeteorologice nefavorabile. Dacă radiaţia solară este bună, generatorul fotovoltaic poate satisface întreaga cerere de energie fără emisii toxice sau zgomot. Energia produsă în exces este înmagazinată în acumulator. Noaptea sau pe timp de vreme rea, bateriile acoperă cererea de energie. Când bateria este în pericol de a se descărca, motorul generator – de exemplu unul diesel sau cu gaz lichefiat – porneşte pentru a acoperi necesităţile de alimentare cu energie electrică atît acumulatoarile cît şi consumatorii.În aşa caz nu se rămîne niciodată în pană de curent! Alt avantaj al acestui sistem este numărul redus de acumulatoare necesare în cazul celorlalte sisteme autonome. Trebuie menţionat şi aici ca pentru stabilitatea sistemului, toate componentele sale trebuie calculate cu mare grijă.În zonele cu vânt, sistemului i se poate adăuga şi o turbină eoliană insa vor creşte investiţiile în sistemul dat. :

1.2.4 Sistem autonom - curent alternativ + generator electric Generator  Controller de fotovoltaic incarcare Turbina  Incarcator de  Acumulator  Invertor  Consumator eoliana baterie Motor  Incarcator de generator baterie Schema bloc a unui sistem hibrid care constă dintr-un generator fotovoltaic, un generator eolian şi un motor generator Acest sistem poate fi o alternativă mai ieftină deoarece sistemul de panouri fotovoltaice nu trebuiesă fie planificat atat de mare încat să asigure autonomia energetică necesară în caz de condiţiimeteorologice nefavorabile. Dacă radiaţia solară este bună, generatorul fotovoltaic poate satisface întreaga cerere de energie fără emisii toxice sau zgomot. Energia produsă în exces este înmagazinată în acumulator. Noaptea sau pe timp de vreme rea, bateriile acoperă cererea de energie. Când bateria este în pericol de a se descărca, motorul generator – de exemplu unul diesel sau cu gaz lichefiat – porneşte pentru a acoperi necesităţile de alimentare cu energie electrică atît acumulatoarile cît şi consumatorii.În aşa caz nu se rămîne niciodată în pană de curent! Alt avantaj al acestui sistem este numărul redus de acumulatoare necesare în cazul celorlalte sisteme autonome. Trebuie menţionat şi aici ca pentru stabilitatea sistemului, toate componentele sale trebuie calculate cu mare grijă.În zonele cu vânt, sistemului i se poate adăuga şi o turbină eoliană insa vor creşte investiţiile în sistemul dat.

PowerPoint Presentation:

1.2.4 Sistem conectat la retea - putere maxima Generator  Invertor  Consumator fotovoltaic Energie KW/h KW/h Energie livrata in consumata retea Retea Sistem fotovoltaic conectat la reţea

ACEASTA ESTE SOLUŢIA CEA MAI OPTIMĂ ! Însă, acest sistem nu mai este autonom, seva folosi în locurile daja conectate la reţeaua naţională de energie electrică. În loc să folosim acumulatoare ( total neecologice ) pentru stocarea energiei electrice, vom folosi reţeaua naţională drept acumulatoare. În acest tip de sistem se poate investi oricît de mult deoarece în timp se va rascumpara,atît prin facturi de plată a energiei electrice, foarte mici sau, în cazul unui surplus de energie livrat, prinîncasări în bani lichizi. • Acest sistem necesită un inversor mai special care să transforme curentul continuu produs de panourile fotovoltaice în curent alternativ sinusoidal compatibil cu cel existent în reţeauanaţională. • Acest sistem mai necesita un contor separat, altul decat cel existent, care va monitoriza curentulelectric livrat în reţeaua naţională.În ţările în care exista deja reglementari privind producţia prioritară necontrolabilă ( PPN ) pentru persoanele fizice ( Italia, Germania, Austria ... ), se cere ca aceste sisteme sa aiba o putereinstalată de cel putin 1000 W ( minimum 10 panouri fotovoltaice ) pentru a putea fi conectate la reţeaua naţională de energie electrică.Din punctul de vedere al mediului înconjurator, acest sistem este cel mai ecologic ( lipsaacumulatoarelor, toate componentele sunt reciclabile, zero emisii gaze nocive ... etc. ) însa nu ofera autonomie în cazul unei pene de curent. Această pană de curent poate fi evitată prin conectarea lasistem a unui mic acumulator, pentru stricta necesitate.Totodată acest sistem, din punct de vedere economic nu-l putem utiliza pentru alimentarea unui consumator îndepărtat de la reteaua naţională de energie electrică cum ar fi spre exemplu postul antigrindină doarece investiţiile vor fi prea mari şi puţin probabil ca se vor rascumpăra.:

ACEASTA ESTE SOLUŢIA CEA MAI OPTIMĂ ! Însă, acest sistem nu mai este autonom, seva folosi în locurile daja conectate la reţeaua naţională de energie electrică. În loc să folosim acumulatoare ( total neecologice ) pentru stocarea energiei electrice, vom folosi reţeaua naţională drept acumulatoare. În acest tip de sistem se poate investi oricît de mult deoarece în timp se va rascumpara,atît prin facturi de plată a energiei electrice, foarte mici sau, în cazul unui surplus de energie livrat, prinîncasări în bani lichizi. • Acest sistem necesită un inversor mai special care să transforme curentul continuu produs de panourile fotovoltaice în curent alternativ sinusoidal compatibil cu cel existent în reţeauanaţională. • Acest sistem mai necesita un contor separat, altul decat cel existent, care va monitoriza curentulelectric livrat în reţeaua naţională.În ţările în care exista deja reglementari privind producţia prioritară necontrolabilă ( PPN ) pentru persoanele fizice ( Italia, Germania, Austria ... ), se cere ca aceste sisteme sa aiba o putereinstalată de cel putin 1000 W ( minimum 10 panouri fotovoltaice ) pentru a putea fi conectate la reţeaua naţională de energie electrică.Din punctul de vedere al mediului înconjurator, acest sistem este cel mai ecologic ( lipsaacumulatoarelor, toate componentele sunt reciclabile, zero emisii gaze nocive ... etc. ) însa nu ofera autonomie în cazul unei pene de curent. Această pană de curent poate fi evitată prin conectarea lasistem a unui mic acumulator, pentru stricta necesitate.Totodată acest sistem, din punct de vedere economic nu-l putem utiliza pentru alimentarea unui consumator îndepărtat de la reteaua naţională de energie electrică cum ar fi spre exemplu postul antigrindină doarece investiţiile vor fi prea mari şi puţin probabil ca se vor rascumpăra.

PowerPoint Presentation:

1.3 Aplicaţiile sistemelor autonome fotovoltaice Sisteme fotovoltaice autonome alimentate de la razele soarelui pot fi aplicate: Sisteme cu alimentare directa: încorporate în faţadele clădirilor, în acoperişuri, conform ultimilor norme de construcţie Europene, care prevăd construirea de Eco – clădiri cu energie pozitivă. Sisteme de pompare solara: ridicarea potenţialului zonelor în care nu există energie electrică,asigurând alimentarea spitalelor, a sistemelor de comunicaţie, alimentarea cu apă din puţuri demare adâncime a animalelor în locuri izolate, alimentarea locuinţelor izolate, sisteme de irigaţii sezoniere. Sisteme de stocare: balize de semnalizare, lămpi de iluminat public. Sisteme hibride: sisteme de iluminat şi încălzit locuinţe. Sisteme fotovoltaice racordate la reţea: cu injectarea directa in reţea a întregii puteri produse,cu injectarea in reţea numai a puterii neconsumate local.

1.3.1 Sisteme hibride Celulele aflate în componenţa panourilor fotovoltaice se încălzesc sub razele soarelui, deoarece eleabsorb cea mai mare parte a energiei razelor incidente luminoase. Dacă panourile sunt izolate termic,temperatura celulei poate creşte cu pînă la 60 °C faţă de temperatura ambiantă. Ţinînd cont de faptulcă eficienţa unei celule solare este mai mare pentru temperature mai mici ale acesteia, experţii au considerat că este mai avantajoasă utilizarea panourilor fotovoltaice instalate pe suporţi pe acoperişul clădirilor sau ca umbrare, fixe şi mobile, deoarece în aceste cazuri nu este necesară realizarea unuisistem de răcire a feţelor posterioare a panourilor.În cazurile în care integrarea panourilor fotovoltaice se face în pereţii sau acoperişurile clădirii, pentru funcţionarea la parametri optimi a sistemului solar, s-a constatat necesitatea înlăturării căldurii acumulate pe suprafaţa posterioară a panourilor fotovoltaice. Pentru răcirea feţelor posterioare a panourilor fotovoltaice autorii acestor lucrări au considerat avantajoasă cuplarea panourilor fotovoltaice la un sistem solar hibrid pentru încălzirea apei. Astfel, atat în sezonul cald cat şi în cel rececăldura absorbită de panourile fotovoltaice poate fi utilizată la încălzirea respectiv preîncălzirea apei. Principiul de funcţionare a unui panou hibrid fotovoltaic – termic PVT integrat într-o clădire estedat de răcirea feţei posterioare a panoului fotovoltaic prin circulaţia unui fluid, aer sau apă, ţi preluareacăldurii de către fluid în scopul condiţionării interiorului clădiri sau preîncălzirii apei menajere. Prinrăcirea produsă, funcţionarea panoului fotovoltaic este mai eficientă iar căldura preluată prin circulaţia fluidului reprezinta un plus de energie (termică).:

1.3.1 Sisteme hibride Celulele aflate în componenţa panourilor fotovoltaice se încălzesc sub razele soarelui, deoarece eleabsorb cea mai mare parte a energiei razelor incidente luminoase. Dacă panourile sunt izolate termic,temperatura celulei poate creşte cu pînă la 60 °C faţă de temperatura ambiantă. Ţinînd cont de faptulcă eficienţa unei celule solare este mai mare pentru temperature mai mici ale acesteia, experţii au considerat că este mai avantajoasă utilizarea panourilor fotovoltaice instalate pe suporţi pe acoperişul clădirilor sau ca umbrare, fixe şi mobile, deoarece în aceste cazuri nu este necesară realizarea unuisistem de răcire a feţelor posterioare a panourilor.În cazurile în care integrarea panourilor fotovoltaice se face în pereţii sau acoperişurile clădirii, pentru funcţionarea la parametri optimi a sistemului solar, s-a constatat necesitatea înlăturării căldurii acumulate pe suprafaţa posterioară a panourilor fotovoltaice. Pentru răcirea feţelor posterioare a panourilor fotovoltaice autorii acestor lucrări au considerat avantajoasă cuplarea panourilor fotovoltaice la un sistem solar hibrid pentru încălzirea apei. Astfel, atat în sezonul cald cat şi în cel rececăldura absorbită de panourile fotovoltaice poate fi utilizată la încălzirea respectiv preîncălzirea apei. Principiul de funcţionare a unui panou hibrid fotovoltaic – termic PVT integrat într-o clădire estedat de răcirea feţei posterioare a panoului fotovoltaic prin circulaţia unui fluid, aer sau apă, ţi preluareacăldurii de către fluid în scopul condiţionării interiorului clădiri sau preîncălzirii apei menajere. Prinrăcirea produsă, funcţionarea panoului fotovoltaic este mai eficientă iar căldura preluată prin circulaţia fluidului reprezinta un plus de energie (termică).

Avantajele unui panou hibrid PVT sunt: • Reducerea spaţiului de amplasare prin combinarea a două panouri, panou fotovoltaic şi captator solar; • Estetica integrării în acoperiş sau faţadă dată de uniformitatea acestuia; • Reducerea costurilor de realizare şi de instalare; • Scăderea temperaturii celulei şi creşterea randamentului electric. 1.3.2 Sisteme fotovoltaice de pompare a apei Aceasta este a treia categorie de utilizare a sistemului fotovoltaic, în caz particular cînd consumatorii nu sunt conectaţi la o reţea de energie electrică. Aceste instalaţie are 2 niveluri: în general, există o singură sarcină electrică, un motor cu pompă de apă, şi este posibil de amplasat un acumulator de stocare a energiei, şi un rezervor simplu de apă. Există diferite tipuri de pompe adecvate în funcţie de cerere,după debitul de apă dorit. Până la o înălţime de 6 - 7 m, putem folosi o pompa de aspiraţie care funcţionează prin crearea unei presiuni negative pentru aspirarea apei. Aceste pompe trebuie să fie amorsate prin umplere cu apă înainte de pornirea lor. În sistemul de pompare a apei,sistemul de control electric este foarte important. În funcţie dacă pompa este de curent continuu sau curent alternativ, sistem de control va fi un convertor de curent continuu sau un invertor de frecvenţă variabilă. Rolul regulatorului este, în primul pentru a ajuta sistemul fotovoltaic pentru a crea un curent pentru a porni motorul, chiar şi în perioada puţin însorită. Apoi, modulele fotovoltaice v-or lucrea în punctul de putere maximă, indiferent de tensiunea de alimentare a motorului pompei. Este posibil să seadauge la convertorul de curent continuu şi o baterie care deţine tensiunea sistemului de alimentare şi poate furniza curent de pornire, dar adăugând şi o astfel de componentă face sistemul mai puţin eficient şi creează probleme de întreţinere, prin creşterea complexitatea sistemului. Ca şi alte sisteme de alimentare înafară de reţea, sistemele fotovoltaice de pompare a apei pot fi foarte profitabile. În ţările industrializate, aceste facilităţi permite adăparea animalelor în păşunile de la distanţă de reţea sau pentru alimentarea cu apă la o casă izolată. În ţările în curs de dezvoltare, aceste sisteme oferă posibilitatea alimentării cu apă potabilă a satelor.Pentru adâncimi mai mici de 50 m, debite de 550 - 650 litri / zi sunt disponibile module solare (1 sau2 module de 108 Wp) conectate la regulatorul pompei. La lumina zilei, autoritatea de reglementare are, datorită module solare, nu este nevoie de baterii pentru a alimenta pompa. Atata timp cat soarele este prezent şi că panourile furniză suficientă putere, pompa poate rămâne în serviciu.:

Avantajele unui panou hibrid PVT sunt: • Reducerea spaţiului de amplasare prin combinarea a două panouri, panou fotovoltaic şi captator solar; • Estetica integrării în acoperiş sau faţadă dată de uniformitatea acestuia; • Reducerea costurilor de realizare şi de instalare; • Scăderea temperaturii celulei şi creşterea randamentului electric. 1.3.2 Sisteme fotovoltaice de pompare a apei Aceasta este a treia categorie de utilizare a sistemului fotovoltaic, în caz particular cînd consumatorii nu sunt conectaţi la o reţea de energie electrică. Aceste instalaţie are 2 niveluri: în general, există o singură sarcină electrică, un motor cu pompă de apă, şi este posibil de amplasat un acumulator de stocare a energiei, şi un rezervor simplu de apă. Există diferite tipuri de pompe adecvate în funcţie de cerere,după debitul de apă dorit. Până la o înălţime de 6 - 7 m, putem folosi o pompa de aspiraţie care funcţionează prin crearea unei presiuni negative pentru aspirarea apei. Aceste pompe trebuie să fie amorsate prin umplere cu apă înainte de pornirea lor. În sistemul de pompare a apei,sistemul de control electric este foarte important. În funcţie dacă pompa este de curent continuu sau curent alternativ, sistem de control va fi un convertor de curent continuu sau un invertor de frecvenţă variabilă. Rolul regulatorului este, în primul pentru a ajuta sistemul fotovoltaic pentru a crea un curent pentru a porni motorul, chiar şi în perioada puţin însorită. Apoi, modulele fotovoltaice v-or lucrea în punctul de putere maximă, indiferent de tensiunea de alimentare a motorului pompei. Este posibil să seadauge la convertorul de curent continuu şi o baterie care deţine tensiunea sistemului de alimentare şi poate furniza curent de pornire, dar adăugând şi o astfel de componentă face sistemul mai puţin eficient şi creează probleme de întreţinere, prin creşterea complexitatea sistemului. Ca şi alte sisteme de alimentare înafară de reţea, sistemele fotovoltaice de pompare a apei pot fi foarte profitabile. În ţările industrializate, aceste facilităţi permite adăparea animalelor în păşunile de la distanţă de reţea sau pentru alimentarea cu apă la o casă izolată. În ţările în curs de dezvoltare, aceste sisteme oferă posibilitatea alimentării cu apă potabilă a satelor.Pentru adâncimi mai mici de 50 m, debite de 550 - 650 litri / zi sunt disponibile module solare (1 sau2 module de 108 Wp) conectate la regulatorul pompei. La lumina zilei, autoritatea de reglementare are, datorită module solare, nu este nevoie de baterii pentru a alimenta pompa. Atata timp cat soarele este prezent şi că panourile furniză suficientă putere, pompa poate rămâne în serviciu.

Cu scopul obţinerii unei porniri sigure în sistemele uzuale se folosesc condensatoare de pornire de câteva mii de microfarade conectate la intrarea convertorului de frecvenţă astefel obţinem majorarea costului cat şi a gabaritelor. Soluţia ar fi de folosit, la puteri mici, un motor de curent continuu cu magneţi pemanenţi.Iata de ce în momentul de faţă se caută soluţii cat mai eftine, mai comode şi mai simple. În cautarea acestor soluţii tebuie sa se ia în consideraţie citeva criterii care fac alimentarea cu apă. Din acestea fac parte: amplasarea neuniforma a surselor de apa pe suprafata terestra; utilizarea unor surse de energie ieftine comode şi ecologic pure; dezvoltarea unor tehnologii care ar avea un consum de energie şi respectiv de apă mic. Reieşind din aceste condiţii în ultimul timp a aparut tendinţa de utilizare a surselor de energie regenerabile. Cele mai dezvoltate şi mai experimentate la momentul de faţă fiind energia eoliana şi cea solara, care au un domeniu destul de larg de utilizare iar printre aplicaţiile de bază ale lor fiind şi pomparea apei. 1.3.3 Iluminatul stradal şi sisteme industriale de telecomunicaţie Destinaţia acestor sisteme poate fi: iluminatul electric, alimentarea cu energie electrică a farurilor, a mijloacelor de telecomunicaţie cu puterea totală de până la câţiva kilowaţi, a altor consumatori amplasaţi în locuri necuprinse de reţeaua electrică publică. Prin intermediul celulelor fotovoltaice estecreat curentul electric care reprezinta o sursa sigură şi neîntreruptă de curent pentru bunul demers al oraselor şi economii enorme pentru sistemul energetic al oraşului.Iluminarea stradală este foarte importantă pentru buna desfaşurare a activitaţilor în oraşe. Lampile solare pentru strazi au capacitatea de a produce curent electric cu ajutorul soarelui, funcţionand perfect şi în zilele fară soare datorită potenţialului de înmagazinare a energiei pentru zile neinsorite.Investiţia în acest tip de lămpi este mai mult decît profitabilă, deoarecese amortizează în 3 luni şi se face de asemenea economie consistenţa decurent. Instalaţia funcţioneaza cu curent continuu la 24 volti. Caştigul mediu de energie al panourilor fotovoltaice este în medie de 1000W/zi normala de soare. Stalpii se dotează cu lampi cu LED de 15/30W fiecare fapt ce permite o iluminare de la lasarea intunericului circa 9 ore pe noapte. LED-rile transmit lumina pe porţiuni mult mai mari comparativ cu o lampa normala de incandescenta, şi transforma puterea absorbita in lumina visibilă, NU în caldură, cum se întampla de obicei. :

Cu scopul obţinerii unei porniri sigure în sistemele uzuale se folosesc condensatoare de pornire de câteva mii de microfarade conectate la intrarea convertorului de frecvenţă astefel obţinem majorarea costului cat şi a gabaritelor. Soluţia ar fi de folosit, la puteri mici, un motor de curent continuu cu magneţi pemanenţi.Iata de ce în momentul de faţă se caută soluţii cat mai eftine, mai comode şi mai simple. În cautarea acestor soluţii tebuie sa se ia în consideraţie citeva criterii care fac alimentarea cu apă. Din acestea fac parte: amplasarea neuniforma a surselor de apa pe suprafata terestra; utilizarea unor surse de energie ieftine comode şi ecologic pure; dezvoltarea unor tehnologii care ar avea un consum de energie şi respectiv de apă mic. Reieşind din aceste condiţii în ultimul timp a aparut tendinţa de utilizare a surselor de energie regenerabile. Cele mai dezvoltate şi mai experimentate la momentul de faţă fiind energia eoliana şi cea solara, care au un domeniu destul de larg de utilizare iar printre aplicaţiile de bază ale lor fiind şi pomparea apei. 1.3.3 Iluminatul stradal şi sisteme industriale de telecomunicaţie Destinaţia acestor sisteme poate fi: iluminatul electric, alimentarea cu energie electrică a farurilor, a mijloacelor de telecomunicaţie cu puterea totală de până la câţiva kilowaţi, a altor consumatori amplasaţi în locuri necuprinse de reţeaua electrică publică. Prin intermediul celulelor fotovoltaice estecreat curentul electric care reprezinta o sursa sigură şi neîntreruptă de curent pentru bunul demers al oraselor şi economii enorme pentru sistemul energetic al oraşului.Iluminarea stradală este foarte importantă pentru buna desfaşurare a activitaţilor în oraşe. Lampile solare pentru strazi au capacitatea de a produce curent electric cu ajutorul soarelui, funcţionand perfect şi în zilele fară soare datorită potenţialului de înmagazinare a energiei pentru zile neinsorite.Investiţia în acest tip de lămpi este mai mult decît profitabilă, deoarecese amortizează în 3 luni şi se face de asemenea economie consistenţa decurent. Instalaţia funcţioneaza cu curent continuu la 24 volti. Caştigul mediu de energie al panourilor fotovoltaice este în medie de 1000W/zi normala de soare. Stalpii se dotează cu lampi cu LED de 15/30W fiecare fapt ce permite o iluminare de la lasarea intunericului circa 9 ore pe noapte. LED-rile transmit lumina pe porţiuni mult mai mari comparativ cu o lampa normala de incandescenta, şi transforma puterea absorbita in lumina visibilă, NU în caldură, cum se întampla de obicei.

Controlerul solar functioneaza automat la lasarea întunericului şi se închide automat la ivirea zorilor dimineata, prin sistemul de management integrat al sistemului. În plus de aceasta are soft integrat defuncţionare a lampilor cu program de noapte de exemplu 3 ore dupa lasarea întunericului pauză şi iar 3 ore spre dimineaţă prin alternanţă. Un alt avantaj al proiectului este ca vor putea fi programate sa functioneze şi diferit un grup fată de altul în funcţie de necesitate. Impreuna cu un motor solar de urmarire a soarelui pe timpul zilei astfel se va obţine energie cu pîna la 40% în plus. Durata de viata a acestora este de circa 20-25 de ani. Cea mai mare eficienta la celulele fotovoltaice, rezistenţă mare la impact şi grindină. Bateriile de acumulatore electrice sunt speciale în aplicatii solare cu pana la 2000 de cicluri avand o durata de viata de pana la 7 ani cu uşoară întreţinere şi verificare la circa 6-12 luni.   :

Controlerul solar functioneaza automat la lasarea întunericului şi se închide automat la ivirea zorilor dimineata, prin sistemul de management integrat al sistemului. În plus de aceasta are soft integrat defuncţionare a lampilor cu program de noapte de exemplu 3 ore dupa lasarea întunericului pauză şi iar 3 ore spre dimineaţă prin alternanţă. Un alt avantaj al proiectului este ca vor putea fi programate sa functioneze şi diferit un grup fată de altul în funcţie de necesitate. Impreuna cu un motor solar de urmarire a soarelui pe timpul zilei astfel se va obţine energie cu pîna la 40% în plus. Durata de viata a acestora este de circa 20-25 de ani. Cea mai mare eficienta la celulele fotovoltaice, rezistenţă mare la impact şi grindină. Bateriile de acumulatore electrice sunt speciale în aplicatii solare cu pana la 2000 de cicluri avand o durata de viata de pana la 7 ani cu uşoară întreţinere şi verificare la circa 6-12 luni.

authorStream Live Help