Celulele fotovoltaice

7/31/2019 Celulele fotovoltaice

http://slidepdf.com/reader/full/celulele-fotovoltaice 1/9

Celulele fotovoltaice

La momentul actual, cele mai multe celule fotovoltaice comerciale sunt fabricate din siliciu. În acest

caz, siliciul este extrem de pur. Altele materiale, mai exotice, cum ar fi arsenură de gallium abia incepsă- i creeze drumul în acest domeniu.ș

Cele patru tipuri generale de celule fotovoltaice sunt:

• Siliciu monocristalin.• Siliciu policristalin.• Banda de siliciu.• siliciu amorf.

I. Siliciu monocristal

Cele mai multe celule fotovoltaice sunt monocristaline. Pentru a le face, siliciu este purificat, topit, şicristalizat în lingouri. Lingourile sunt feliate în felii sub iri pentru a face celulele individuale. Celuleleț au o culoare uniformă, de obicei, albastru sau negru.

De obicei, o mare parte din celulă are o u oară încărcare pozitivă. Un strat subţire în partea de sus areș o u oară încărcare negativă.ș

Celula este ataşată la o bază numită ”backplane ". Aceasta este de obicei un strat de metal folosit pentru a consolida fizic celulele şi de a oferi un contact electric în partea de jos.

Deoarece partea de sus a celulei trebuie să fie deschisă luminii soarelui, o grilă subţire de metal esteaplicată în partea de sus în locul unui strat continuu. Grila trebuie să fie suficient de subţire să admităcantităţi adecvate de lumină, dar suficient de largă pentru a transporta cantită i adecvate de energieț electrică (Figura 1)

Figura 1:Operarea unei celulefotovoltaice



Lumina, inclusiv lumina soarelui, este uneori reprezentată de particule numite "fotoni". Când luminasoarelui loveşte o celulă fotovoltaică, fotonii se mi că în celulă.ș

Atunci când un foton loveste un electron, îl dislocă, lăsând o "gaură". Electroni disloca i se mişcăț spre stratul superior al celulei. În timp ce fotonii continuă să pătrundă în celulă, electronii continuă săfie disloca i(Figura 2-12).ț

În cazul în care există o cale electrică între grila de top şi baza celulei, un flux de electroni începe.Electronii disloca i se mută în partea de sus a celulelor şi în circuitul electric extern. Electroniiț următori se deplasează pentru a umple găurile create.

Cele mai multe celule produc o tensiune de aproximativ un volt jumate, indiferent de suprafaţa celulei.Cu toate acestea, cu cât celula este mai mare, cu atât va produce curent mai mult.

Curentul şi tensiunea sunt afectate de rezistenţa circuitului celulei. Cantitatea de lumină disponibilă

afectează producţia de curent. Temperatura celulei afectează tensiunea sa. Este important de tiutș randamentul electric al unei instala ii fotovoltaice.ț

I. Siliciu policristalin

Celulele policristaline sunt fabricate şi funcţionează în mod similar. Diferenţa este că este folosit unsiliciu mai ieftin. Acest lucru duce la scăderea eficien ei, dar producătorii de celule policristalineț afirmă că avantajele pre ului întrec pierderile calitative.ț

Suprafaţa celulelor policristaline are un model aleatoriu de chenare de cristal în loc de o culoare solidăca a celulei monocristaline.

I. Bandă de siliciu

Celulele de acest tip sunt făcute prin dezvoltarea unei benzi din siliciu lichid în loc de lingou. Acestecelule funcţionează la fel ca şi celulele mono si policristaline.

Stratul anti-reflexiv utilizat pe majoritatea celulelor cu banda de siliciu le conferă un aspect decurcubeu.

II. Siliciu amorf

Cele trei tipuri de siliciu prezentate mai devreme au o structură cristalină distinctă. Siliciu amorf nuare o asemenea structură. Siliciu amorf este uneori abreviat "aSi”.

Unităţile de siliciu amorf sunt realizate prin depunerea de straturi foarte subţiri de siliciu vaporizatîntr-un vid pe un suport de sticlă, plastic, sau metal. Celule siliciu amorf sunt produse într-o varietatede culori.

Din moment ce acestea pot fi făcute în dimensiuni de până la câţiva metri patrati, acestea sunt realizateîn formă de fâ ii dreptunghiulare, lungi. Acestea sunt conectate în serie formând module.ș

Deoarece straturile de siliciu permit trecerea unei cantită i de lumină prin ele, mai multe straturi pot fiț depuse. Straturile adăugate cresc cantitatea de energie electrică produsă de celulele fotovoltaice.

Fiecare strat poate fi "setat" pentru a accepta o anume lungime de undă a luminii.



Randamentul celulelor de siliciu amorf poate scadea tot atât de mult cât 15% din expunerea iniţială lalumina soarelui. Această scădere durează aproximativ şase săptămâni. Producătorii publică, în general,date de performanţă post-expunere, astfel încât în cazul în care modulul nu a fost expus la soare,

performanţele sale vor depăşi specificaţiile la început.

Eficienţa panourilor fotovoltaice de siliciu amorf este mai mică decât jumătate din cea a celorlalte treitehnologii. Această tehnologie are avantajul de a avea un cost de fabricare mai mic decât tehnologiacristalină. Din acest motiv, cercetarea este în curs de desfăşurare pentru a îmbunătăţi performanţa şi

procesul de fabricaţie al siliciului amorf.

Module fotovoltaice.

Pentru aproape toate aplicaţiile, un volt jumate produs de o singură celulă este insuficient. Prin urmare,celulele sunt conectate împreună în serie pentru a creşte tensiunea. Mai multe dintre aceste şiruri seriede celule pot fi conectate împreună în paralel pentru cre terea curentului.ș

Aceste celule interconectate şi conexiunile lor electrice sunt apoi comasate între un strat din sticlă sau plastic clare şi un strat din plastic sau plastic si metal. Un cadru exterior este ataşat pentru a creşterezistenţa mecanică, şi pentru a oferi o modalitate de a monta unitatea. Acest pachet se numeşte un"modul" sau "panou". De obicei, un modul este componenta de bază a sistemelor fotovoltaice.

Grupe de module pot fi interconectate in serie i / sau în paralel pentru a forma o matrice. Prinș adăugarea de componente "balance of system" (BOS), cum ar fi baterii de stocare, controlori deîncărcare, precum şi dispozitive de condiţionare a puterii, avem un sistem fotovoltaic complet.

Descrierea randametului modulului fotovoltaic.

Pentru a asigura compatibilitatea cu bateriile de depozitare, este necesar să se cunoască caracteristicileelectrice ale modulelor fotovoltaice.

Ca un memento, "I" este abrevierea pentru curent, exprimată în amperi. "V" este folosit pentru

tensiune în volţi, şi "R" este utilizat pentru rezistenţa în ohmi.

Un modul fotovoltaic va produce curentul său maxim atunci când nu există nici o rezistenţă, în circuit.Acesta ar fi un scurt-circuit între bornele pozitiv şi negativ.

Acest curent maxim se numeşte curent de scurtcircuit, abreviat I (SC). Atunci când modulul estescurtcircuit, tensiunea în circuit este zero.

În schimb, tensiunea maximă este produsă atunci când există o pauză în circuit. Aceasta se numeştetensiune circuit deschis, abreviat V (OC). În aceste condiţii, rezisten a este infinit de mare şi nu existăț nici un curent, deoarece circuitul este incomplet.

Aceste două extreme în rezistenţa de sarcină, precum şi întreaga gamă de condiţii între ele, suntilustrate pe un grafic numit curba I-V (curent, tensiune). Curentul, exprimat în amperi, este pe axaverticală Y. Tensiunea, în volţi, este pe axa orizontală X (Figura 2).



Figura 2Un exemplu tipic de curent-tensiune

După cum puteţi vedea în figura 2, curentul de scurtcircuit se produce pe un punct de pe curbă unde

tensiunea este zero. Tensiunea circuit deschis apare în cazul în care curentul este zero.

Puterea disponibilă de la un modul fotovoltaic de la orice punct de-a lungul curbei se exprimă în waţi.Wa ii se calculează prin înmulţirea tensiune ori curentul (W x = volţi amperi, sau W = VA).ț

În punctul curentului de scurt-circuit, puterea de ie ire este zero, deoarece tensiunea este zero.ș

În punctul de tensiune de circuit deschis, puterea este, de asemenea zero, dar de data aceasta sedatorează faptului că intensitatea curentului este zero.

Există un punct de pe ”genunchiul” curbei unde este situat punctul puterii maxime. Acest punct de pe

curba din exemplul nostru se află acolo unde tensiunea este de 17 volţi şi curentul este de 2.5 amperi.Prin urmare, puterea maximă în waţi este de 17 de volţi, ori 2.5 amperi, este egală cu 42.5 waţi.

Putere, exprimată în waţi, la punctul unde puterea maximă este descris ca fiind de vârf, maxim, sauideal, printre alţi termeni. Putere maximă este în general abreviată ca "I (MP)." Diverşi producători onumesc putere maximă de ieşire, putere la vârf, putere nominală, sau alţi termeni.

Curba de curent-tensiune (I-V), este creată când modulul se află în condiţii standard de lumină solarai temperatură. Se presupune că nu există nici o umbră pe modul.ș

Condiţiile standard de lumină solară dintr-o zi clară, se presupune că sunt de 1000 de waţi de energiesolară pe metru pătrat (1000 W/m2or lkW/m2). Acest lucru este uneorinumit "one sun". Mai puţin de un”soare” va reduce curentul de ieşire amodulului. De exemplu, dacă doar o

jumătate de soare (500 W/m2) estedisponibil, cantitatea de curent deieşire este aproximativînjumătă ită(Figura 3).ț



Figura 3:Un exemplu tipic de curba curent-tensiune la un ”soare” şi jumătate de ”soare”

Pentru randament maxim, fa a modulelor fotovoltaice trebuie să fie indreptată cît mai mult posibilț spre soare.

Deoarece celulele fotovoltaice sunt semiconductori electrici, umbrirea parţială a modulului vadetermina celulele umbrite să se încălzească. Ele sunt acum conductori ineficien i în loc deț generatoare electrice. Umbrirea parţială ar putea distruge celule umbrite.

Modulul umbrit parţial are un efect grav asupra puterii produse de modul. Pentru un modul tipic,umbrirea completă doar a unei singure celule poate reduce randamentul modulului cu 80% (Figura 4).Unul sau mai multe celule deteriorate într-un modul poate avea acelaşi efect ca şi umbrirea.

Figura 4:Un exemplu tipic de curent-tensiunea curbei pentru un modul neumbrit şi

pentru un modul cu o sungură celulărece

Acesta este motivul pentru care modulele ar trebui să fie complet neumbrite în timpul funcţionării. Oumbră peste un modul ar putea opri producţia de energie electrică. Modulele din siliciu amorf nu suntatât de afectate de această problemă, dar ele ar trebui să fie în continuare neumbrite.

Temperatura modulului afectează invers tensiunea de ieşire. Temperaturile ridicate ale modulului vor reduce tensiunea de 0.04 - 0.1 volţi, pentru fiecare grad celsius ridicat (0.04V/0C la 0.1V/0C). Îngrade Fahrenheit, pierderea de tensiune este de 0.022 - 0.056 de volţi pe grad (Figura 5).



Acesta este motivul pentru care modulelele nu ar trebui să fie instalate lipit de o suprafa ă. Aerului ar ț trebui să i se permită să circule prin spatele fiecarui modul ca temperatura să nu crească şi să-i reducărandamentul. Un spaţiu de 4-6 cm este de obicei necesar pentru a oferi o bună ventilaţie.

Figura 5:O curba de curent-tensiune tipice pentru unmodul de la 25蚓(77蚌) şi 85蚓(185蚌)

Ultimul factor semnificativ care determină puterea de ieşire a unui modul este rezistenţa sistemului la care este conectat. Dacă modulul încarcă o baterie, acesta trebuie să furnizeze o tensiune mai mare decât cea a bateriei.Dacă acumulatorul este profund descărcat, tensiunea bateriei este destul de scăzută. Modululfotovoltaic poate încărca bateria cu o tensiune joasă, prezentată la punct # 1 din figura 6. Când bateriaajunge la o incarcare completă, modulul este obligat să livreze o tensiune mai mare, arătată la punctul# 2. Tensiunea bateriei conduce tensiunea modulului.

Figura 6:Tensiunile efectuate în cursul unui ciclu de

încărcare baterie

În cele din urmă, tensiunea necesară este mai mare decât tensiunea modululului la punctul maxim al puterii. La acest punct de operare, curentul produs este mai mic decât cel de la punctul de puteremaximă. Puterea de ieşire a modulului, este de asemenea mai mică.



Pentru o mai mică măsură, atunci când tensiunea de funcţionare este mai mică decât cea a punctului de putere maximă (punctul # 1), puterea de ieşire este mai mică decât valoarea maximă. Deoarececapacitatea modulului de a produce electricitate nu este complet utilizată atunci când acestafuncţionează la un moment destul de departe de punctul de putere maximă, modulele fotovoltaicetrebuie să fie atent adaptate la incarcarea sistemului depozitare.

Folosind un modul, cu o tensiune maximă care este prea mare ar trebui să fie evitate aproape la fel demult ca utilizarea unuia cu o tensiune maximă care este prea scăzută.

Tensiunea de ieşire a unui modul depinde de numărul de celule conectate în serie. Modulele tipiceutilizează fie 30, 32, 33, 36, sau 44 celule cablate în serie.

Modulele cu 30-32 celule sunt considerate ce se autoreglează. Modulele cu 36 de celule sunt cele maicomune în industria fotovoltaică. Tensiunea lor, 16,7 volţi, permite modulelor de a depăşi reducereatensiunii de ieşire în cazul în care modulele func ionează la temperaturi ridicate.ț

Module cu 33 - 36 celule au, de asemenea, surplusul de tensiune suficient pentru a încărca eficient

baterii cu con inut ridicat de antimoniu. Cu toate acestea, deoarece aceste module pot supraîncărcaț bateriile, acestea necesită, de obicei, un controler de încărcare.

În cele din urmă, modulele cu 44 celule sunt disponibile cu o tensiune de ieşire nominală de 20,3 volţi.Aceste module sunt de obicei folosite numai atunci când o tensiune în mod substanţial mai mare estenecesară.

Ca un exemplu, în cazul în care modulul este uneori forţat să funcţioneze la temperaturi ridicate, se poate furniza în continuare tensiune suficientă pentru a încărca bateriile.

O altă aplicaţie pentru modulele de 44 celule este un sistem cu un fir extrem de lung între module şi

baterii sau încărcătură. Dacă firul nu este suficient de mare, aceasta va cauza o cădere de tensiunesemnificativă. Modulul de tensiune mai mare poate depăşi această problemă.

Ar trebui remarcat că această abordare este similară cu a pune un motor mai mare intr-o masina cufranele blocate pentru a o face se mişte mai repede. Este aproape întotdeauna mai rentabilă utilizareaunei dimensiuni de sârmă adecvate, decât depă irea problemei căderii de tensiune folosindș costisitoarele module de 44 celule.



Tendin ele pietelor nationale suntț :

Rezultatul discutiilor din a 23-a conferinta privind energia fotovoltaica de la Valencia.Majoritatea participantilor sunt de acord ca tendintele au de gand sa se schimbe in industrie.Cel mai important lucru este de faptul ca deficitele panourilor par sa faca parte din trecut, ceea ce va

insemna ca probabil preturile lor vor scadea pe diversele piete nationale.Expertii au subliniat faptul ca in timp ce tarile europene sunt in competitie pentru cel mai atractivsistem de subventie, China, India si SUA sunt interesate de a mentine costurile cat mai jos posibil.

Italia: Unele barierelor administrative sunt inca o frana in calea cresterii rapide a pietei fotovoltaice.

Anul 2008 va avea probabil, 150 MW capacitate instalata si se estimeaza aproximativ dublu pentrufiecare din urmatorii doi ani.Cea mai mare parte a sistemelor solare PV care primesc facilitati in tara sunt mai mici de 20 kW.

Grecia: Dezvoltarea pietei va depinde de complexitate al noii legi care este in dezbatere.Analistii se asteapta ca piata sa fie de cel putin zece ori mai mare in urmatorii doi ani (de la un 1MWla 10 MW asteptat pentru 2008).

Franta: In prezent guvernul si industria negociaza o crestere a tarifelor de acoperis.In prezent obiectivul este de 1.1 GW pana in 2012 si 4.9 GW pentru 2020, chiar daca piata de anultrecut a fost de numai 45 MW.

Spania: Noua lege a fost adoptata asa cum era de asteptat ceea ce inseamna ca vor creste de pe acuminvestitiile, ajungand la 10 GW pana in 2020, in conformitate cu obiectivele guvernului.

Germania: Guvernul a decis doar sa pastreze impozitelle mici.Dimensiunea pietei pentru anul 2008 este estimata la 1375 MW.Germanii au o crestere mai mica in ciuda subventiilor datorita pretului mare pe sisteme.

Statele Unite: Alegerile vor avea o mare influenta pe piata, care a ajuns la 305 MW in 2007 si este de asteptat sa

atinga 400 MW in acest an.Ultima saptamana noui reglementari fiscale au fost aprobate, ceea ce inseamna ca piata va creste rapid,

probabil, anul viitor.

Portugalia: Potrivit guvernului cresterea anuala va fi in jur de 20%, dupa ce a trecut s-a adoptat o noua legislatie,una dintre cele mai favorabile din lume.In acest an o uzina de 42 MW va fi conectata la sistemul national.

Austria:

A lansat programul de spijinire a investitiilor in sisteme fotovoltaice. Numai 4 MW sunt asteptate a fi conectate. Unii analisti asteapta o noua lege in domeniu.



Regatul Unit al Marii Britanii: Piata este inca mica cu doar 2.7 MW in 2007 conectati si in jur de 10 MW estimati in anul 2008.

Elvetia:

Limitele legislative vor permite numai 4 MW pe an a fi instalati comparativ cu 6.5 MW instalat in2007.

Belgia: Sistemele fotovoltaice sunt populare in tara. In 2007 s-a instalat o capacitate de 14 MW si este estimata se ajunge la 20 - 25 MW in anul 2008.Programele de ajutorare a industriei sunt diferite functie de regiune.

Canada: Piata canadiana este una dintre cele mai promitatoare cele din lume.A avut doar 13.3 MW instalati in 2007 dar este de asteptat sa aiba 20 MW si in acest an intre 100 - 300MW pana in 2010.

Australia: Au avut 20 MW in 2007 si asteapta a se dubla in acest an.Impreuna cu Canada este una din tarile cu cel mai mare potential.

Bibliografie: www.cyclon.ro; www.polarpowerinc.com

Celulele fotovoltaice

Documents

Transcript of Celulele fotovoltaice