Proiectarea unui Sistem Fotovoltaic - Locuinta Izolata, Neracordata la Retea

Celule fotovoltaice. Locuinta izolata, neracordata la retea.

Universitatea Politahnica Bucuresti Facultatea de Energetica

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

FACULTATEA DE ENERGETICA

PROIECTAREA UNUI SISTEM FOTOVOLTAIC

LOCUINTA IZOLATA, NERACORDATA LA

RETEA.

Student: Creciun Dumitru gr. 2206B

2007



CELULE FOTOVOLTAICE. LOCUINTA IZOLATA, NERACORDATA LA

RETEA

1. Introducere

Tehnologia fotovoltaică constă în tranformarea în energie electrică a luminii solare.

Descoperită acum peste 150 de ani, această tehnologie a devenit cunoscută în 1960, când

a fost folosită ca sursă de energie în programele de explorare ale NASA. De atunci

tehnologia fotovoltaică este folosită pentru alimentarea echipamentelor industriale de

telecomunicaţii, protecţie catodică a ţevilor, ajutor de navigaţie etc, dar şi ca sursă de

energie pentru o mare parte din populaţia globului fără acces la electricitate.

Această utilizare a energiei solare apare în zonele însorite. La început se credea că

pentru a funcţiona, o celulă fotovoltaică are nevoie de soare tropical. Acest lucru este

fals, celulele fotovoltaice putând fi utilizate şi în condiţiile luminii din nordul Europei.

În anii 90 a apărut o nelinişte generală în legătură cu pericolul încălzirii globale, cât

a folosirii necugetate a zăcămintelor de combustibili fosili. Celulele fotovoltaice au un rol

tot mai important în producerea de energie, mai ales în cazul societăţilor puternic

industrializate. Generarea energiei este silenţioasă, nu necesită construcţii speciale şi

structuri de rezistenţă deosebite, spre deosebire de celelalte energii neconvenţionale, ca

energia eoliană sau cea marină. Este recunoscută la nivel internaţional nevoia de a trece

de la energia convenţională la noile energii precum şi la o utilizare mai raţională a

acesteia.

2. Energia solară

2.1. Energia fotovoltaică

Generarea energiei electrice prin efectul fotovoltaic este o tehnologie destul de

nouă. Preţurile pe kW au scăzut puternic în ultimii 5 ani, dar sunt totuşi semnificativ mai

mari decât cele ale energiei rezultate din combustibili convenţionali. Uniunea Europeană

deţine o treime (puterea instalata fiind de aproximativ 100MWp) din energia fotovoltaică

generată şi folosită la nivel mondial. Industria europeană şi-a consolidat poziţia în

domeniul încorporării panourilor solare în clădiri. Europa este de asemenea prima în ceea

ce priveşte nivelul de dezvoltare a energiei fotovoltaice în ţările în curs de dezvoltare.

Eurosat estimează că a fost instalată o putere fotovoltaică de 32 de MWp (EU 12),

până în 1995. Piaţa fotovoltaică este o piaţă mondială. Producţia de panouri solare se

preconizează să atingă cifra de 2.4 GWp, până în 2010. Pentru a obţine o producţie

anuală de 2.4 GWp în întreaga lume este nevoie de o creştere anuală de 25%. Această

estimare este compatibilă cu cea făcută în studiul Asociaţiei Europene a Industriei

Fotovoltaice, delegata de Comisia Europeană.

În condiţiile presupunerilor prezentate mai sus, a unei contribuţii de 3GWp în EU

15, putere fotovoltaică instalată până în 2010 acestă iniţiativă pare ambiţioasă dar realistă.

Este prevăzut că această dezvoltare va avea loc mai ales prin instalaţii încorporate în



clădiri (acoperişuri şi faţade) conectate la reţea, ca şi din construcţia unui anumit număr

de centrale fotovoltaice de mari dimensiuni (0.5 – 5 MWp). Totuşi, energia fotovoltaică

trebuie luată în considerare nu numai din punct de vedere al puterii de GW instalată. Cum

este cazul şi pentru aplicaţiile termice-solare, energia fotovoltaică este totdeauna asociată

cu măsurile de folosire raţională a energiei în clădiri, fapt ce trebuie totdeauna asociat cu

utilizarea acestora. Energia fotovoltaică nu poate concura deocamdată din punct de

vedere al costurilor de producţie cu energia produsă din arderea combustibililor

convenţionali sau cu energia hidroelectrică. Costul instalarii poate ajunge la un preţ de 3

€/Wp la o capacitate instalată până în 2005. O iniţiativă de amploare la nivel european, de

integrare a sistemelor fotovoltaice în acoperişuri şi faţade poate avea un rol important în

lansarea definitivă a acestei tehnologii. Pot fi valorificate şi avantajele secundare, cum ar

fi iluminarea, surse de căldură, schimbarea înfăţişării faţadelor. Conceptul de sistem

energetic trebuie să ţină cont de „valoarea adăugată a sistemelor fotovoltaice”. Integrarea

panourilor solare în clădiri poate asigura un avantaj din punct de vedere estetic al

aspectului clădirilor.

Campania de demarare a instalării a 1.000.000 de acoperişuri şi faţade fotovoltaice

ar însemna o creştere a capacităţii de producţie de energie electrică cu 0.5 GWp în cadrul

UE şi o treime în cazul ţărilor din lumea a treia.

2.2. Energia termică solară

Cererea de energie termică (în marea ei majoritate pentru încălzirea încăperilor) în

sectorul domestic din EU15, reprezintă 23% din totalul cererii de energie. Este estimat că

40% din energia consumată în acest sector poate fi obţinută din energie solară captată

prin geamuri, dar furnizarea de energie pasivă nu este luată în considerare în statistici. În

consecinţă, potenţialul de reducere a cererii de energie termică de către clădiri datorită

tehnicilor de obţinere a energiei pasive solare este destul de ridicat. Clădirile „solare” sau

consumatoare reduse de energie, au un preţ de construcţie aproximativ la fel cu clădirile

convenţionale. În Austria experienţa a arătat că in construcţiile ce folosesc energie solară

pasivă costurile de instalare sunt cu 4% mai mari decât clădirile obişnuite, dar consumă

cu 75% mai puţină energie termică. Pot fi obţinute rezerve mari de energie în clădirile

deja existente prin readaptarea ferestrelor şi a faţadelor pentru o utilizare maximă a

luminii solare şi în acelaşi timp pentru o izolare mai bună. Sunt disponibile noi materiale

pentru acest scop. Tehnicile de încălzire pasivă s-au dezvoltat în ultimii ani şi pot fi

folosite pentru a face faţă creşterii rapide a cererii de energie termică în ţările din sudul

Europei.

Chiar şi estimările cele mai pesimiste prevăd că este posibilă o reducere cu 10%

până în 2010 a cererii de energie termică pentru clădiri, prin recurgerea la resursele

energiei pasive solare. Se presupune că, dacă cererea de energie termică în sectoarele

domestic şi terţiar va rămâne stabilă (23% în total) atunci această soluţie va duce la o

economie de 35 Mtone de combustibil. Elveţia s-a angajat deja pentru o reducere cu 30%

a energiei termice din clădiri până în 2010. Aceste economii suplimentare contează în

balanţa de consum a Uniunii Europene.



3. Introducere in sisteme fotovoltaice

Celulele solare convertesc lumina solara direct in

electricitate. Celulele solare sunt des utilizate la calculatoare de

putere si ceasuri. Ele sunt facute din materiale semiconductoare

similare cu cele folosite in cipurile calculatoarelor. Cand lumina

solara este absorbita de aceste materiale, energia solara loveste

electronii liberi, creand perechi de purtatori de sarcina. Acest

proces de convertire a luminii in electricitate se numeste efect

fotovoltaic. Celulele solare sunt combinate in module care tin cam 40

de celule; cam 10 din aceste module sunt montate in siruri PV care

pot masura pana la cativa metri. Aceste siruri de module PV pot fi

montate si fixate la diferite inclinatii spre sud, sau pot fi montate pe un dispozitiv

inteligent care poate urmari soarele, permitandu-le captarea mai buna a energiei solare pe

parcursul zilei. Aproximativ 10 pana la 20 siruri PV pot asigura destula energie pt uz

casnic; pt necesitati energetice mai mari sau aplicatii industriale, sute de siruri pot fi

conectate pentru a forma un singur sistem PV mare.

Celulele solare pe straturi subtiri folosesc straturi de materiale

semiconductoare de grosimi micrometrice. Tehnologia filmului

subtire a facut posibil ca celulele solare sa fie montate pe tigle

ale acoperisurilor, placi de acoperis, fatadele cladirilor,

geamurile de la stalpii de lumina si nu numai.

3.1. Materiale fotovoltaice

3.1.1. Siliciu amorf

Siliciul amorf a fost vazut ca singurul material fotovoltaic in strat subtire in anii

1980. La sfarsitul acelei decade insa, el a fost criticat din cauza eficientei scazute si a

instabilitatii sale. Cu toate acestea, tehnologia de siliciu amorf a facut un bun progres prin

dezvoltarea unei solutii sofisticate care sa rezolve problemele: configuratiile de jonctiune

multipla.

Acum, modulele de siliciu amorf bazate pe jonctiunea multipla au o rata a

eficientei de 7-9% si mai multe companii (BP Solar, United Solar Systems Corporation)

planifica sa construiasca facilitati de 10 MW in viitorul apropiat.

Obstacolele principale la tehnologia cu siliciu amorf sunt eficienta scazuta (11%

stabil), degradarea eficientei luminii induse (necesita un design mai complicat pentru

celule ca exemplu jonctiunile multiple) si costurile de producere (metodele bazate pe

vacuum sunt incetinite). Toate aceste chestiuni sunt importante pentru potentialul de

producere al modulelor de siliciu amorf, reprezentat de costul efectiv.

In ultimii ani, la dezvoltarea modulelor de siliciu amorf, accentul s-a pus pe

echilibrarea eficientelor. O posibila patrundere pe piata este firul cald dezvoltat de NREL.



Acest proces pare a fi foarte promitator pentru micsorarea degradarii si poate fi de 10 ori

mai rapid in depozitarea filmelor de siliciu amorf.

Adevarata stabilitate a acestei tehnologii noi va fi stabilita in curand si isi va

dovedi eficienta prin producerea de celule singure sau prin jonctiune multipla.

3.1.2. CIS

Celulele din CIS au atins o rata a eficientei de 18.8% in conditiile standard de test.

Aceasta inseamna ca cele mai bune celule din CIS au depasit eficienta cea mai buna a

celulei din siliciu policristalin. (17.8%). Aceasta reprezinta o dovada in plus ca celulele

din film subtire se pot dezvolta mai bine. Totusi, tehnologia bazata pe CIS are in fata

numeroase bariere pentru a putea deveni un succes pe piata.

In ultimii ani, universitatile si grupurile industriale s-au concentrat pe tehnologia

CIGS (cupru-indiu-galiu-diseleniu). Aliajul de galiu face mult mai usor producerea de

celule cu tensiuni inalte pentru circuitul deschis, desi densitatile de curent au suferit cu

aliajul.

Mai multe grupuri au obtinut celule cu straturi absorbante care au o banda

interzisa efectiva de 1.1-1.2 eV. Aceasta corespunde la un raport atomic Ga/(Ga+In) de la

25 la 30 %.

In mai multe cazuri, continutul de galiu al absorbantelor este gradat, ori

acciddental (galiul tinde sa acumuleze in apropierea contactului de molibden al

absorbantului ) sau deliberat, prin introducerea unui profil de galiu.

Mai multe profile de galiu, ca de exemplu absorbantele cu mai mult sau mai putin

galiu gradat, au permis cercetatorilor sa produca celule cu eficienta ridicata.

3.1.3. CdTe

Tehnologia de film subtire CdTe este foarte aproape de comercializare. Eficienta

acestor celule este mare (aproape 16% in laborator), dar eficienta modulelor

comercializate este intre 6-8% in instalatii tehnice.

Din cauza ca productia in masa este inca la inceput, incercarile de producere pot

intalni numeroase si serioase probleme.

BP Solar si Solar Cells Inc au anuntat construirea de instalatii tehnice bazate pe

aceasta tehnologie. Totusi, s-au folosit multe tehnologii pentru o rata a eficientei de 10%

pentru productia de celule care au dus la stabilirea unor metode cu cost scazut.

Realizarea majora a fost ca tot mai multe grupuri au reusit sa obtina o rata a

eficientei pentru celule de 12-15%.

Eficienta celulelor solare este masurata in termeni de eficacitate in transformarea

luminii solare in electricitate. Doar lumina solara de anumita energie va functiona eficient

pentru a crea electricitate, si multa din ea este reflectata sau absorbita de material, care

constituie celula. Din cauza asta, o celula tipica comerciala, are o eficienta de 15 % -

adica, cam o sesime din lumina solara captata de celule genereaza electricitate.

Eficientele slabe inseamna ca avem nevoie de siruri mai mari, ceea ce inseamna costuri

mai mari. Imbunatatind eficacitatea celulelor solare in timp ce tinem costurile mici pentru

o celula este un scop important in industria fotovoltaica, cercetatorii de la NREL, si alte



laboratoare si departamente de energie, au facut progrese semnificative. Primele celule

solare, costruite in 1950, aveau eficacitate de mai putin de 4%.

3.2. Conversia energiei

Spirala de sticla emite pe toata suprafata sa exterioara o

radiatie luminoasa de culoare violeta si termica care poate fi

absorbita de un ansamblu de baterii fotovoltaice si

termoelectrice si transformata in curent electric.

Radiatiile luminoase si termice in momentul de fata cu

posibilitatile si cunostintele inceputului de mileniu III, pot fi

absorbite separat si transformate in curent electric prin doua

conversii de energie cunoscute:

- fotovoltaica care transforma lumina in curent electric

- termoelectrica care transforma caldura in curent electric.

Se cunoaste faptul ca, randamentul conversiei de energiei atat in conversia

fotovoltaica cat si in cea termoelectrica este foarte redus.

Intrucat avem la dispozitie o radiatie luminoasa si termica normal ar fi sa gasim

solutia care sa poata transforma aceasta radiatie luminoasa si termica printr-o singura

conversie fototermoelectrica.

Pentru a putea realiza aceasta conversie fototermoelectrica este necesar sa vedem

fenomenele care au loc in conversia fotovoltaica si termoelectrica.

Fenomenul generarii unui curent electric intr-un circuit sub actiunea luminii prin

efect fotovoltaic a fost descoperit de fizicianul francez Becquerel in anul 1839.

Acesta a observat ca, unul dintre electrozii circuitului electric cufundat intr-o

solutie de electrolit iluminat, in circuit apare un curent electric.

Ulterior Frenkel (1935), Landau(1936) si alti fizicieni au descoperit ca, prin

iluminarea unei sectiuni din suprafata unui semiconductor, iar cealalta sectiune din

suprafata semiconductorului ramane neluminata, intre capetele semiconductorului apare o

diferenta de potential.

Acest fenomen a fost pus in evidenta cu ajutorul unui semiconductor prevazut cu

doi electrozi metalici, conectati la un galvanometru.

Daca iluminam o regiune din suprafata semiconductorului, iar cealalta regiune

ramane neluminata, acul indicator al galvanometrului va indica prezenta unui curent

electric in semiconductor.

Se cunoaste ca, lumina este alcatuita din particule, fotoni.

Fiecare foton are o anumita energie caracteristica nivelului energetic al invelisului

electronic al atomului de unde provin sau sunt emisi.

Acesti fotoni sunt fotonii electronici termici:

- infrarosii

- vizibili

- ultravioleti.

La interactiunea fotonilor electronici cu substanta-materia se produc urmatoarele

procese:

- un foton electronic poate fi absorbit de un electron situat pe orbita energetica



fundamentala inferioara din invelisul electronic al atomului, electronul va trece pe o

orbita superioara, aici electronul nu are o situatie stabila datorita fotonului si energiei

absorbite, va reveni pe orbita fundamentala inferioara de unde a plecat initial, emitand

fotonul si energia absorbita

- un foton electronic smulge un electron din invelisul electronic al atomului

consumandu-si complet energia, electronul eliberat se numeste fotoelectron

- un foton electronic se ciocneste cu un electron din invelisul electronic al

atomului pe care il smulge din atom, caruia ii transmite numai o parte din energia sa,

fotonul este deviat de la directia sa initiala si are o frecventa mai mica (Eí = hνí) decat cea

pe care a avut-o inaintea ciocnirii cu electronul, iar electronul smuls din invelisul

electronic al atomului se numeste electron Compton.

Daca un astfel de foton intra in sectiunea p a semiconductorului, el poate fi

absorbit aici.

Intr-un corp solid atomii au o configuratie caracteristica fiecarui material.

O configuratie care se repeta periodic in volumul materialului formeaza o retea

cristalina.

In nodurile retelei cristaline se afla atomii, iar legaturile dintre acestia sunt

realizate cu ajutorul electronilor care au sarcina electrica negativa si graviteaza in jurul

nucleelor incarcate pozitiv.

Daca electronii se deplaseaza liberi in reteaua cristalina, corpurile sunt bune

conductoare de electricitate, iar daca electronii nu se pot deplasa liberi in reteaua

cristalina corpurile nu sunt bune conductoare de electricitate.

Metalele sunt bune conductoare de electricitate, iar izolatorii nu sunt buni

conductori de electricitate.

Semiconductorii se situeaza din punct de vedere al conductantei electrice intre

metale si izolatori.

Semiconductorii sunt buni conductori de electricitate in momentul in care

materialul se incarca de energie din exterior, prin iluminare sau incalzire.

Sub interactiunea energiei primite din exterior, electronii ies din starea in care se

aflau initial in reteaua cristalina si se deplaseaza liberi in retea.

Energia de activare a electronilor este produsa prin iluminare sau incalzire.

In semiconductori exista doua

tipuri de purtatori de sarcini, electronii

purtatori de sarcini negative si ionii

pozitivi sau goluri, purtatori de sarcini

pozitive.

Un gol sau o sarcina pozitiva ia

nastere in momentul in care unui

electron i s-a comunicat energia de

activare si paraseste atomul care

devine, ion pozitiv.

Daca un camp electric exterior obliga electronii sa se deplaseze ordonat, locurile

ramase goale se deplaseaza in sens contrar miscarii electronilor.



Semiconductorul in care numarul sarcinilor negative, electronii, este egal cu

numarul sarcinilor pozitive, golurile, se numeste semiconductor intrinsec.

O data cu comunicarea energie de activare, in material va creste numarul

purtatorilor de sarcini negative si pozitive in mod egal, deoarece la smulgerea unui

electron din legatura sa atomica apare simultan si un gol, se genereaza o pereche

electron-gol.

In felul acesta creste conductibilitatea electrica a semiconductorilor.

Conductibilitatea semiconductorilor creste foarte mult cand acestia contin

impuritati.

In reteaua cristalina a siliciului, care are patru electroni de valenta, introducem un

atom de arsen care are cinci electroni de valenta.

Unul din electronii de valenta ai arsenului este in plus fata de numarul de electroni

de valenta ai siliciului, iar in raport de satisfacerea legaturilor de valenta siliciu-arsen,

electronul in plus este slab legat de atomul de arsen si devine liber.

In acest caz atomul de arsen devine ion pozitiv.

Siliciul impurificat cu arsen (electroni) este un semiconductor de tip n, iar arsenul

este o impuritate care doneaza electroni. In reteaua cristalina a siliciului care are patru

electroni de valenta, introducem un atom de galiu care are trei electroni de valenta.

Electronii de valenta ai galiului au in minus un electron fata de numarul de

electroni de valenta ai siliciului, iar in raport de satisfacerea legaturilor de valenta siliciu-

galiu, apare un gol legat de atomul de galiu.

Daca iluminam semiconductorul siliciu-galiu, un electron de valenta din retea va

completa electronul lipsa, iar atomul de galiu devine ion negativ.

Siliciul impurificat cu galiu (goluri) este un semiconductor de tip p, iar galiu este

o impuritate acceptoare de electroni.

Semiconductoarele impurificate controlat sunt semiconductoare extrinseci.

Semiconductoarele de tip n care au un exces de sarcini negative, electroni, se

numesc purtatori de sarcini majoritare.

In aceste semiconductoare de tip n exista si purtatori de sarcini pozitive (goluri),

dar in numar foarte mic, se numesc purtatori de sarcini minoritare.

Prin iluminare, semicondutoarelor de tip n le comunicam energia de activare care

duce la aparitia de perechi electron-gol, dar

fiindca in semicondutorul de tip n exista deja

foarte multi electroni liberi, numarul electronilor

nou creati va fi foarte mic fata de numarul initial

de electroni.

Semiconductoarele de tip p care au un

exces de sarcini pozitive (goluri), se numesc

purtatori de sarcini majoritare.

In aceste semiconductoare de tip p exista

si purtatori de sarcini negative (electroni), dar in

numar foarte mic, se numesc purtatori de sarcini

minoritare.

Prin iluminare, semicondutoarelor de tip

p le comunicam energia de activare care duce la aparitia de perechi electron-gol, dar

fiindca in semicondutorul de tip p exista deja foarte multe goluri libere, numarul



electronilor nou creati va fi foarte mic fata de numarul initial de goluri.

De aici putem trage concluzia ca, prin iluminarea semiconductoarelor extrinseci

se afecteaza doar numarul purtatorilor de sarcini minoritare, iar numarul purtatorilor de

sarcini majoritare ramane aproape neschimbat.

In prezent, se utilizeaza semiconductori in care fenomenul conversiei fotovoltaice

are loc la contactul intim dintre doi semiconductori, unul de tip n si altul de tip p, adica o

jonctiune p-n.

Semiconductorii de acest tip se pot realiza din doi semiconductori realizati din

bucati de materiale diferite sau din acelasi material.

In ambele cazuri contactul lor se realizeaza mecanic.

In cazul utilizarii unor bucati diferite de material pentru realizarea

semiconductoarelor, de exemplu semiconductor din siliciu de tip n si semiconductor din

germaniu de tip p, sau invers, jonctiunea dintre cei doi semiconductori se numeste

heterojonctiune.

In cadrul aceluiasi semiconductor putem realiza doua sectiuni, una de tip n si

cealalta de tip p.

Astfel, in semiconductoarele de siliciu in care avem doua sectiuni interioare

adiacente, una de tip n si alta de tip p, jonctiunea obtinuta se numeste homojonctiune.

In cazul sectiunii n a semiconductorului se afla mai multi electroni (majoritari) si

foarte putine goluri (minoritari), iar in sectiunea p se afla mai multe goluri (majoritari) si

foarte putini electroni (minoritari).

Electronii majoritari din sectiunea n sunt foarte inghesuiti si tind sa paraseasca

sectiunea n si sa treaca in sectiunea p.

Electronii liberi in stare de inghesuiala din sectiunea n, constransi sa stea intr-un

domeniu finit, trec in sectiunea p in mod liber, poarta denumirea de difuzie.

Daca nu intervine nici o alta cauza din exterior asupra acestei difuzii, ea continua

pana ce numarul de particule se egaleaza intre cele doua sectiuni care reflecta principiul

de energie minima si obliga atomii din material sa ocupe pozitii bine determinate in

reteaua cristalina.

Deplasarea electronilor din sectiunea n in p, in zona I raman ionii pozitivi,

golurile, iar deplasarea golurilor din sectiunea p in regiunea n, in zona II raman ionii

negativi, electronii.

O trecere ulterioara a electronilor din zona I in zona II va fi franata de prezenta

sarcinilor negative, electronii care au aceeasi sarcina electrica, se resping reciproc.

O trecere ulterioara a golurilor din zona I in zona II va fi franata de prezenta

sarcinilor pozitive, golurile care au aceeasi sarcina electrica, se resping reciproc.

Concentratiile de electroni si goluri nu vor putea sa se uniformizeze in cele doua

sectiuni n si p, ci se va stabili o situatie de echilibru pentru deplasarea electronilor si

separat o situatie de echilibru pentru deplasare golurilor din aceleasi zone.

In cazul acesta, rezulta sarcini pozitive +, necompensate in zona I si sarcini

negative -, necompensate in zona II.

In prezenta jonctiunii n-p si a fenomenului de difuzie s-au separat sarcinile

pozitive de cele negative din sectiunile cu care ele se compensau initial.



Ca atare, va apare un camp electric E intern si corespunzator o tensiune U interna

in zonele I si II.

Pe ansamblul celor doua sectiuni n si p, sarcina negativa va echilibra sarcina

pozitiva, pe ansamblu semiconductorul isi pastreaza neutralitatea electrica.

Aceasta a fost comportarea unei jonctiuni p-n in echilibru termic fara actiuni

perturbatoare exterioare.

Daca supunem aceasta structura echilibrata intern actiunii luminii, va avea loc o

perturbatie externa.

Daca lumina-fotonii va cadea pe sectiunea p a semiconductorului, ei sunt absorbiti

aici.

Daca energia fotonilor este mai mare decat energia de activare, va genera perechi

electroni-goluri, iar daca energia fotonului este mica, el va trece prin semiconductor

cedandu-si energia partial sau total retelei cristaline care se va incalzi fara a putea insa

produce perechi de purtatori.

Electronii si golurile nou create se misca liber in interiorul sectiunii p prin

fenomenul de difuzie.

Electronii ajung la jonctiune unde vor fi atrasi de sarcina pozitiva a zonei I si vor

trece jonctiunea.

Golurile vor fi respinse de zona I si sunt nevoite sa ramana in sectiunea p.

Astfel apare o separare a purtatorilor de sarcina nou creati si prezenta campului

electric E intern la jonctiune, ca urmare in sectiunea p apare o sarcina necompensabila

pozitiva.

Daca lumina-fotonii va cadea pe sectiunea n a semiconductorului, ei sunt absorbiti

aici.

Daca energia fotonilor este mai mare decat energia de activare, va genera perechi

electroni-goluri.

Electronii si golurile nou create se misca liber in interiorul sectiunii p prin

fenomenul de difuzie.

Golurile fiind in exces ajung la jonctiune unde vor fi atrasi de sarcina negativa a

zonei II si vor trece jonctiunea.

Electronii vor fi respinsi de zona I si sunt nevoiti sa ramana in sectiunea n, ca

atare in aceasta sectiune n apare o sarcina necompensata negativa.

Deci, in urma interactiunii fotonilor cu semiconductorul, in interiorul acestuia

apar sarcini electrice pozitive in sectiunea p si sarcini electrice negative in sectiunea n si a

unui camp electric E foto cu sensul opus campului E intern.



Daca numarul de fotoni este suficient, cele doua campuri se anuleaza reciproc si

nu mai poate exista camp intern care sa separe purtatorii de sarcina.

Aceasta este conditia ce determina tensiunea in gol a homojonctiunii U intern.

Daca inchidem circuitul pe o rezistenta de sarcina E, prin acesta va trece un

curent, deci se consuma o energie electrica ce reprezinta o fractiune din energia fotonilor

incidenti.

Fractiunea de energie a fotonilor incidenti se numeste randament n si

caracterizeaza un anumit tip de fotoconvertor.

Pana in prezent s-au realizat celule fotovoltaice cu un randament de aproximativ

11%.

O celula fotovoltaica din siliciu se compune dintr-o placuta de siliciu de tip n, pe

care se obtine o sectiune de tip p prin difuzia unei impuritati acceptoare, realizandu-se o

jonctiune p-n, electrodul superior care in unele cazuri este acoperit cu un strat de

protectie transparent si un electrod inferior.

4. Proiectarea sistemului fotovoltaic pentru asigurarea cu energie electrica a

locuintei izolate, neracordata la retea.

De aceasta proiectare si optimizare va depinde eficienta si pretul de cost al

sistemului. Pentru a determina pretul de cost al unui echipament este necesar sa

determinam care este cantitatea de energie necesara locuintei si care este intervalul de

timp in care acesta functioneaza.

In locuinta noastra data ca exemplu, vom folosi urmatorii consumatori:

1. Consumatori in curent alternativ (AC)

Putere

(W)

Ore de functionare

pe zi

Zile de functionare

pe saptamana

Frigider 200 10 7

Televizor 150 4 7

Receptor satelit 30 4 7

Radio-CD player 35 6 7

2. Consumatori in current continuu (DC)

Bec60-eco 11W-4buc 44 2 7

Acesti consumatori au nevoie de 4 KWh pe zi timp de 7 zile pe saptamana sau

putem considera aproximativ un consum de 124KWh/luna, necesitate care va fi pe

deplin acoperita de un sistem fotovoltaic format din:

- 1×panou solar fotovoltaic de 165W (I-165)

- 1×regulator de incarcare Steca pentru panou

- 1×acumulator cu ciclu profound tip Sonnenschein 140Ah

- 1×invertor Steca RI de 500W putere de iesire de 220VAC

- 4×becuri economice de 11W curent continuu.

Estimarile sunt facute in baza unor valori ipotetice iar realizarea si implementarea

lor necesita o proiectare riguroasa pentru optimizarea performantelor si costurilor (care

pot suferii ajustari importante) specifice fiecarei locatii.



Schema de principiu a sistemului este data in imagine:



In proiect voi folosi urmatoarele modele 3D pentru reprezentare grafica si o mai

buna intelegere a functionarii sistemului. Dupa care voi face o mica referire la costul

intregului sistem si poate o recalculare a capacitatii sistemului si consumului casnic.

Proiectarea unui Sistem Fotovoltaic - Locuinta Izolata, Neracordata la Retea

Documents

Transcript of Proiectarea unui Sistem Fotovoltaic - Locuinta Izolata, Neracordata la Retea