SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

BATERIA SOLARA

INTRODUCERE

Efectul fotovoltaic

Pila fotovoltaica reprezinta una din aplicatiile efectului fotoelectric.

Efectul fotoelectric reprezinta fenomenul de emisie de electroni de catre o

substanta sub actiunea radiatiilor electromagnetice.

Fenomenul a fost descoperit de catre Hertz in 1887 iar teoria efectului

fotoelectric a fost elaborata de catre A. Einstein in 1905, care il explica plecind

de la ipoteza existentei fotonilor.

Einstein arata ca efectul fotoelectric poate fi explicat daca se admite ca

radiatia are caracter corpuscular adica este formata din fotoni. Fiecare foton

incident este adsorbit de un electron din interiorul materialului (metal,

semiconductor) caruia ii cedeaza intreaga sa energie (h). In felul acesta,

electronul adsorbind fotonul de energie h, isi mareste energia si capata o

mobilitate mult mai mare (adica are o energie cinetica mai mare).

In cele mai multe materiale singurul efect observat la absorbtia radiatiei

electromagnetice este cresterea temperaturii (incalzirea). Totusi in multi

semiconductori, coloranti (clorofila) precum si in materiale cristaline inalt

purificate, au loc procese tranzitorii care au o mare importanta teoretica si

practica. Pentru un chimist aceste procese reprezinta reactii fotochimice sau

ruperea si formarea legaturilor chimice. Pentru fizicieni aceste procese

reprezinta excitatii la stari energetice mai inalte. Cind aceste stari permit

cresterea vitezei de migrare a sarcinilor electrice materialul devine

fotoconductor. In fotoconductorii conventionali purtatorii de sarcina sunt

PILA SOLARA

SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

electronii (n) si golurile (p) care sunt stari cuantice goale in structura legaturilor

din corp. In tabelul 1 sunt prezentati citiva fotoconductori reprezentativi.

Tabelul 1. Fotoconductori

Material Forma obtinuta de

utilizare

Lungimea de unda cu

cel mai puternic

raspuns la 300K

Selenura de cadmiu

dopata cu cupru

SeCd

Film sau monocristal 2,6-1m

Sulfura de cadmiu

SCd

Film sau monocristal 2000-6500Å

Oxid de cupru, Cu2O Film 0,5-1,3m

Diamant Monocristal 2200-2400Å

Arsenina de galiu,

GaAs

Film si monocristal 0,8-1.1m

Germaniu pur, Ge Monocristal 0,4-1.8m

Sulfura de plumb Film si monocristal 1-3m

Siliciu pur, Si Monocristal 0,4-1,3m

Oxid de zinc, ZnO Strate si monocristal 3000-3900Å

Antimonura de indiu,

InSb

Film si monocristal 1-6m

Atunci cind materialul absoarbe un foton energia acestuia este transmisa unui

electron din reteaua cristalina. De regula acest electron se gaseste in banda de

valenta si face parte diontr-un orbital electronic stabil astfel incit energia nu este

suficienta pentru ca el sa-si paraseasca locul. In cazul semiconductorilor,

energia primita poate fi suficienta pentru ca electronul sa

PILA SOLARA

SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

treaca din banda de valenta in cea de conductie unde se poate deplasa liber.

Banda de valenta unde era electronul inainte de excitare ramine cu un electron

mai putin si formeaza un “gol”

Efectul fotovoltaic in jonctiuni de semiconductor

Conversia energiei din orice forma (in cazul de fata lumina) in energie

electrica necesita separarea sarcinilor. Conversia energiei in jonctiuni de

semiconductor se produce atunci cind perechea electron-gol creata de fotoni

este separata de cimpul electric format de schimbarea tipului de conductivitate

in jonctiunea de tip p-n.

Structura unei diode fotovoltaice, celula fotovoltaica, este prezentata in

figura 1. Ea consta dintr-un cristal semiconductor a carui jonctiune plana p-n

este situata in interiorul unei regiuni foarte inguste de latime 2d care se numeste

regiunea activa a diodei fotovoltaice.

Figura 1. Structura celulei fotovoltaice

Bateria solara este un dispozitiv semiconductor care transforma radiatia

solara in energie electrica, de exemplu printr-un efect fotovoltaic. Mai multe

celule fotovoltaice legate in serie formeaza o baterie solara. Randamentul

PILA SOLARA

SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

conversiei directe de la lumina solara in curent electric este de 11%, adica de

15 ori mai mare decit al unuia de transformator de energie solara.

Celula fotovoltaica este o sursa de energie care functioneaza atunci cind

este expusa unei radiatii luminoase. Din punct de vedere constructiv est

asemanatoare unui redresor. In figura nr.1 este prezentata schema de principiu

a unei celule fotovoltaice cu seleniu: ea consta dintr-un suport metalic pe care

este depus un strat cristalin de seleniu acoperit cu un film transparent din argint

sau aur.

Fig 2 Celula fotovoltaica

Celule fotovoltaice utilizeaza semiconductori cu seleniu, sulfura de taliu sau

sulfura de argint.

SCOPUL LUCRARII

Scopul lucrarii il constitue evidentierea factorilor ce influenteaza

functionarea si randamentul unei pile fotovoltaice.

PILA SOLARA

SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

MATERIALE SI METODICA LUCRARII

Materiale

Celula fotovoltaica, ampermetru, voltmetru, motor, rezistente electrice

Modul de lucru

Se realizeaza montajul din figura 2;

1. Se fixeaza bateria in pozitie orizontala;

2. Se masoara tensiunea electromotoare pe fiecare element;

3. Se modifica unghiul de expunere din 15 in 15 pina la 90;

4. Se masoara tensiunea electromotoare pentru fiecare valoare a

unghiului de incidenţă;

5. Se leaga in serie cele doua celule formind o baterie solara;.

6. Se masoara tensiunea electromotoare a bateriei;

7. Se modifica unghiul de expunere din 15 in 15 pina la 90;

8. Pentru fiecare unghi se determina tensiunea electromotoare;

9. Se leaga in paralel cele doua celule formind o baterie solara;.

10. Se masoara tensiunea electromotoare a bateriei;

11. Se modifica unghiul de expunere din 15 in 15 pina la 90;

12. Pentru fiecare unghi se determina tensiunea electromotoare;

13. Se detemină soluţia constructivă optimă (cea mai mare tensiune

electromotoare)

14. Pentru situaţia optimă se introduce in circuit un consumator o

rezistenţă electrică (de 10; 100; 1K; 10K)

15. Se măsoară intensitatea curentului electric din circuit timp de 15

minute notậnd valorile din minut în minut.

PILA SOLARA

SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

Figura nr 3. Schema circuitului electric: 1-celula fotovoltaică; 2-voltmetru;

3-ampermetru, R- rezistenţă de valoare cunoscută.

PRELUCRAREA REZULTATELOR

B. Datele experimentale se sistematizează în tabelul de mai jos;

C. Se va trasa diagrama variatiei E=f();

D. Se va determina valoarea unghiului de incidenta optim .

E. Se va trasa dependenţa I=f(t)

F. Se calculează puterea pentru fiecare rezistenţă luậnd în calcul

valoarea medie a intensităţii P=UI

G. Se compară comportarea sistemului pentru fiecare consumator.

PILA SOLARA

SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

Tabel de rezultate

Element () E (V) R () U (V) I(A) P(VA)

1

0 - - -

15 - - -

30 - - -

45 - - -

60 - - -

75 - - -

90 - - -

Baterie

serie

0 - - -

15 - - -

30 - - -

45 - - -

60 - - -

90 - - -

optim

- 10

-

-

Baterie

paralel

0 - - -

15 - - -

30 - - -

45 - - -

60 - - -

90 - - -

optim

- 10

PILA SOLARA

SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

PILA SOLARA