Tot ce trebuie să știi despre sistemele de panouri fotovoltaice industriale
In ciuda faptului că este o tehnologie de energie curata din ce in ce mai utilizata, inca exista mult mister in jurul instalarii sistemelor fotovoltaice. Cand oamenii vorbesc despre "sisteme solare", de obicei se refera la fotovoltaice, panourile solare pe care probabil le-ati vazut amplasate pe mai multe acoperisuri. Dar v-ati intrebat vreodata cum functioneaza acestea in realitate pentru a genera electricitate curata?
Acest articol examineaza ce este o celula fotovoltaica, din ce este facuta, tehnologia din spatele ei, cum functioneaza si multe altele.
Am descompus elementele de baza ale energiei solare pentru a raspunde diferitelor intrebari si pentru a va oferi o intelegere mai buna a sursei de energie tot mai populare astazi.
In prezent, sistemele de energie solara sunt din ce in ce mai folosite in cadrul celor mai importante industrii.
De unde vine termenul fotovoltaic?
Termenul "fotovoltaic" provine din cuvantul grecesc "phos", insemnand "lumina", si din voltaic ,un cuvant care se refera la electricitatea produsa prin actiune chimica intr-o baterie.
Definitie fotovoltaic:
Fotovoltaicul este conversia directa a luminii in electricitate ca rezultat al unei reactii care are loc la nivel atomic. Prin utilizarea materialelor care prezinta efectul fotoelectric, este posibil sa se creeze celule solare fotovoltaice si sa le implementeze pe scara larga, adica pe acoperisurile locuintelor rezidentiale sau in fermele si parcurile solare industriale pentru a genera electricitate curata si regenerabila.
Efectul fotoelectric si istoria fotovoltaicelor
Efectul fotoelectric este emisia de electroni intr-un material cand este expus la lumina.
Este atat un fenomen fizic, cat si chimic, cu origini care dateaza de aproape doua secole. Efectul fotovoltaic (generarea de tensiune si curent electric intr-un material la expunerea la lumina) este strans legat de, dar diferit de, efectul fotoelectric.
Efectul fotovoltaic a fost descoperit pentru prima data de Edmund Bequerel, un fizician francez, in 1839. Bequerel a constatat ca anumite materiale puteau produce cantitati mici de curent electric cand erau expuse la lumina.
Apoi, in 1905, cercetarea castigatoare a Premiului Nobel a lui Albert Einstein a descris natura luminii si efectul fotoelectric pe care tehnologia fotovoltaica se bazeaza.
In 1954 primul modul fotovoltaic a fost construit de Laboratoarele Bell ca o "baterie solara" insa modulul era mult prea scump pentru a castiga popularitate si pentru a fi folosit in aplicatii extinse.
Apoi, in anii 1960, industria spatiala a inceput sa utilizeze prima tehnologie fotovoltaica serioasa pentru a furniza energie navetelor spatiale. Abia in aceasta perioada tehnologia a luat cu adevarat avant si a avansat. A devenit mai fiabila, costul a inceput sa scada si a inceput sa fie folosita in tot mai multe aplicatii, in special in timpul crizei energetice din anii 1970, cand tehnologia fotovoltaica a castigat recunoastere larga ca sursa de energie.
Cum functioneaza tehnologia fotovoltaica?
Pe scurt, celulele solare sunt foi subtiri din siliciu cristalin, acelasi element folosit in aproape fiecare dispozitiv electronic existent astazi. In timp ce aceste foi erau relativ mari cand au fost dezvoltate pentru prima data celulele solare fotovoltaice, acum sunt atat de mici incat sunt aproape la fel de groase ca un fir de par uman.
Atunci cand aceste celule solare fotovoltaice sunt expuse la fotoni de lumina, acestia lovesc electronii incarcati negativ in atomii de siliciu si ii dezlipesc. Cand acest lucru se intampla, ramane in urma o "gaura" incarcata pozitiv, unde era incarcarea negativa.
In siliciul netratat, electronii ar recombina doar cu aceste gauri pentru a produce caldura si nu s-ar mai genera electricitate. Pentru a depasi acest lucru si a face o celula solara functionala, foile de siliciu cristalin sunt tratate (dopate) cu alte doua elemente: bor si fosfor.
Cand borul si fosforul se intalnesc, acestea interactioneaza cu siliciul pentru a crea un camp electrostatic chiar sub suprafata frontala a celulei. Acest camp ramane permanent in structura cristalina. Asadar, atunci cand fotoni de lumina solara lovesc cristalul, electronii negativi si "gaurile" pozitive sunt separate de acest camp electrostatic.
Acest lucru determina electronii sa curga catre partea frontala a celulei in timp ce gaurile curg catre spate, creand un curent.
Electronii care curg catre partea frontala a celulei sunt colectati de linii grilate imprimate pe suprafata sa. Acestia curg catre ceea ce sunt cunoscute sub numele de "sine de autobuz", care sunt practic benzi metalice utilizate pentru distributia energiei electrice. Curentul apoi circula intr-un circuit unde potentialul sau de tensiune este cedat sub forma de energie electrica in timp ce electronii curg inapoi in partea din spate a celulei unde se recombină cu "gaurile" pozitive goale care au ramas.
Atata timp cat exista lumina solara, indiferent de cat de slaba, o celula solara fotovoltaica nu va "ramane fara" electroni; acestia vor fi mereu in miscare in circuit, completandu-l din nou si din nou.
Tipuri de tehnologie fotovoltaica
Panoul solar este componenta principala a unui sistem. Desi aceste sisteme par a fi foarte similare, tehnologia PV din centrul acestor panouri poate varia.
Acestea includ:
Panouri fotovoltaice din siliciu monocristalin:
Panourile monocristaline sunt fabricate prin utilizarea celulelor prelevate dintr-un singur cristal cilindric de siliciu. Acesta este in prezent cel mai eficient tip de tehnologie PV matura (nu luam in considerare tehnologiile PV inca in curs de cercetare, cum ar fi PV-urile organice) si converteste in mod tipic in jur de 15 % din energia soarelui in electricitate. Cu toate acestea, procesul de fabricatie necesar pentru a produce celule si panouri PV din siliciu monocristalin este destul de complex, rezultand astfel intr-un cost usor mai ridicat.
Panouri fotovoltaice din siliciu policristalin:
Panourile PV din siliciu policristalin, cunoscute si sub numele de celule multicristaline, sunt formate din celule taiate dintr-un lingou de siliciu topit si recristalizat. Aceste lingouri sunt apoi taiate in fasii extrem de subtiri si construite in celule complete. Celulele policristaline sunt de obicei mai ieftine de produs decat cele monocristaline datorita procesului de fabricatie mult mai simplu. Cu toate acestea, acest lucru vine la un cost al eficientei care se situeaza in jurul valorii de aproximativ 12 %.
Panouri fotovoltaice din siliciu amorf ("film subtire"):
Celulele de siliciu amorf sunt realizate atunci cand siliciul este depus sub forma de un strat subtire si omogen pe un substrat. Deoarece acest tip de siliciu absoarbe lumina mai eficient decat siliciul cristalin, celulele pot fi realizate mult mai subtiri. Siliciul amorf poate fi depus pe substraturi rigide si flexibile, facandu-l ideal pentru suprafete curbate sau lipirea direct pe materialele acoperisului. Cu toate ca absoarbe lumina mai eficient, eficienta reala a celulei este mult mai mica decat cea a siliciului cristalin, situandu-se in mod tipic in jurul valorii de aproximativ 6%. Cu toate acestea, celulele PV amorf sunt mai usor si mai ieftin de realizat.
Aplicatiile tehnologiei fotovoltaice
Astazi, energia generata de celulele solare PV deserveste oamenii care traiesc in unele dintre cele mai izolate locuri din lume, precum si pe cei care locuiesc in orase mari, pentru a pompa apa, a mentine luminile aprinse, a incarca bateriile, a alimenta reteaua electrica cu electricitate si multe altele. Nu conteaza cine esti, unde te afli sau ce faci, tehnologia PV deja a atins viata ta in moduri pe care s-ar putea sa nu le stii.
Iata cateva dintre cele mai importante aplicatii ale tehnologiei PV:
Aplicatii de energie autonoma: In zonele urbane, tehnologia PV poate fi folosita pentru a alimenta totul, de la dispozitive si unelte independente pana la case si comunitati întregi, inclusiv infrastructuri precum semafoare, transmitatoare radio si pompe de apa. Pentru locatiile cele mai indepartate sau rurale, extinderea liniilor de alimentare cu energie nu este intotdeauna convenabila sau rentabila. Si in unele cazuri, pur si simplu nu este posibil. Aici, tehnologia PV este solutia.
Energie in spatiul cosmic: De la inceputuri, tehnologia PV cu eficienta ridicata a fost sursa principala de energie pentru aplicatiile spatiale precum Statiunea Spatiala Internationala, satelitii orbitand Pamantul si roverele de suprafata precum cele de pe Marte si de pe Luna.
Transport: Tehnologia PV poate fi folosita pentru a furniza energie auxiliara pentru vehiculele electrificate precum masinile, barcile si chiar aeronavele. Unele automobile vin chiar cu celule PV montate pe acoperis pentru a furniza energie vehiculului in timp ce este in miscare, adica prin incarcarea bateriilor in mod constant. Multe puncte de incarcare pentru vehicule electrice sunt, de asemenea, alimentate de energie solara, fie integral, fie partial.
Ferme si parcuri solare:
Atunci cand sunt implementate la scara pe mai multe hectare, panourile PV pot furniza cantitati de energie la scara de utilitate, producand cantitati care depasesc cu mult gigawattii. Aceste sisteme la scara mare tind sa foloseasca panouri fixe sau panouri care urmaresc soarele pe masura ce se deplaseaza pe cer, alimentand direct cu energie municipalitatile si retelele regionale.
Avantajele tehnologiei fotovoltaice
In special in ceea ce priveste mediul inconjurator si disponibilitatea, tehnologia PV ofera numeroase avantaje:
1. O sursa de energie curata
Cel mai mare avantaj al tehnologiei PV este ca permite producerea de energie curata, iar intr-o lume afectata de probleme climatice si obiective ambitioase de neutralitate carbonica, acest avantaj este fundamental. Spre deosebire de sursele traditionale de energie, panourile solare nu emit gaze cu efect de sera nocive si alte poluante in timp ce genereaza electricitate. De asemenea, ele nu epuizeaza resursele naturale. Acest lucru ajuta la protejarea mediului inconjurator si la mentinerea resurselor naturale ale pamantului pentru o perioada mai lunga de timp.
2. Linistit si discret
Tehnologia PV si celulele solare pe care le alimenteaza nu produc zgomot in timp ce genereaza electricitate. Acest lucru este o distinctie importanta fata de alte metode de generare a energiei, cum ar fi generatoarele care produc mult zgomot. Nu numai ca tehnologia PV este linistita, dar este si discreta. Pe masura ce tehnologia PV a devenit mai avansata, panourile solare au devenit mai mici, flexibile si mai discrete.
3. Disponibil oriunde
Nu exista niciun loc pe Pamant unde soarele sa nu straluceasca; radiatia solara este disponibila pretutindeni. Prin urmare, indiferent de locatie, lumina soarelui poate fi folosita pentru a genera electricitate oriunde, intr-un mod descentralizat. Si deoarece soarele produce cantitati enorme de energie, nu exista niciun fel de preocupare legata de raritate, asa cum exista in cazul altor surse de energie precum combustibilii fosili sau vantul.
Dezavantajele tehnologiei fotovoltaice
Exista desigur si unele dezavantaje ale tehnologiei PV care trebuie luate in considerare:
1. Poate depinde de locatie
Termenul "locatie, locatie, locatie" nu se aplica doar caselor, este important si pentru panourile solare. Disponibilitatea radiatiei solare poate varia dramatic in functie de locul in care va aflati in lume.
Din punctul de vedere al capacitatii fotovoltaice, Romania este impartita in trei zone.
Zona rosie (1,387 kWh/mp/an) cuprinde – Oltenia, Muntenia, Dobrogea si sudului Moldovei;
Zona galbena (1,168-1,241 kWh/mp/an) cuprinde – regiunile carpatice si subcarpatice ale Munteniei, toata Transilvania, zona de mijloc si nord a Moldovei, Banat;
Zona albastra (1,095-1,168 kWh/mp/an) – regiunile montane.
Potentialul de capacitate fotovoltaica a Pamantului este foarte mare. Potrivit unor estimari, energia solara care ajunge pe Pamant in fiecare an este de aproximativ 173.000 de terawatti (TW).
Cu toate acestea, aceasta reprezinta doar o mica parte din potentialul total al energiei solare, deoarece multe regiuni ale lumii inca nu exploateaza in totalitate energia solara.
Raportul IRENA (Agentia Internationala pentru Energie Regenerabila).
2. Energia solara este mai scumpa
Energia generata de panourile solare PV este într-o oarecare masura mai scumpa de produs decat sursele conventionale de energie, cum ar fi combustibilii fosili. Acest lucru se datoreaza in mare parte costului de fabricatie a celulelor fotovoltaice si eficientelor de conversie in sistemele in sine, care pot varia in functie de tehnologia PV utilizata.
Cu toate acestea, pe masura ce eficientele de conversie continua sa creasca si costurile de fabricatie scad cu cercetarile ulterioare, tehnologia PV devine mult mai competitiva din punct de vedere al costurilor in comparatie cu sursele de energie conventionale.
3. Tehnologia fotovoltaica este la mila soarelui
Toate sursele de energie regenerabila - solara, eoliana, maree - sunt variabile, iar productia de energie depinde in intregime de conditiile meteorologice. Acest lucru inseamna ca celulele fotovoltaice ar putea avea zile in care aproape nimic nu este produs, iar acest lucru ar putea duce la o penurie de energie daca prea mult din energia unei regiuni depinde de surse regenerabile.
2023, un an record pentru energia solara
China, Europa si SUA au stabilit fiecare recorduri de instalare a energiei solare pentru un singur an, conform Agentiei Internationale pentru Energie Regenerabila (IEA).
China a depasit cu mult celelalte tari, situandu-se undeva intre 180 si 230 de gigawati, in functie de modul in care se vor finaliza proiectele de la finalul anului. Europa a adaugat 58 de gigawati - o crestere cu 40% fata de 2022.
Energia solara este acum cea mai ieftina forma de electricitate in majoritatea tarilor. Preturile panourilor solare au scazut cu un impresionant 40% si pana la 53% in Europa intre decembrie 2022 si noiembrie 2023.
"In special in Europa, a fost cu adevărat la o viteza ametitoare de extindere a implementarii," spune Michael Taylor, analist senior la Agentia Internationale pentru Energie Regenerabila (IRENA).
Viitorul tehnologiei fotovoltaice
In ciuda provocarilor cu care se confrunta tehnologiile solare, este clar ca acestea au potentialul de a schimba regulile jocului cand vine vorba de atingerea obiectivelor noastre de zero emisii de carbon.
Conform studiilor recente, accelerarea implementarii tehnologiei solare ar putea contribui cu 21% la reducerea emisiilor de CO2 (aproximativ 4,9 gigatonne anual) pana in 2050, iar energia solara ar putea acoperi o cincime din nevoile mondiale de electricitate pana in 2050, devenind a doua cea mai mare sursa de generare dupa energia eoliana.
Cu toate acestea, capacitatea globala trebuie sa atinga aproape de 20 de ori nivelurile actuale (mai mult de 8.000 de gigawati) pentru a realiza acest lucru.
In cazul in care sunteti interesati de serviciile societatii noastre, nu ezitati sa ne contactati pentru a identifica impreuna solutia necesara proiectului dvs!
