Panouri Solare Fotovoltaice

1. Introducere

Sistemele fotovoltaice realizeaza conversia directa a energiei radiatiei solare in energie electrica, fara o poluare sonora si fara emisia unor gaze poluante in mediul ambiant. Sistemele fotovoltaice au fost folosite la inceput pentru a echipa satelitii, dupa aceea pe scara mai larga la echiparea ceasurilor electronice precum si a unor calculatoare. In ultimii 20 de ani sute de mii de sisteme fotovoltaice au fost instalate in toata lumea. Astfel de sisteme au functionat perioade lungi de timp in domenii ca pomparea apei, electrificarea unor localitati sau case izolate, gestionarea unor rezerve de apa, aparate de taxat pentru parcari, telecomunicatii sau protectie catodica. Totusi, in ciuda succesului acestor sisteme in toata lumea piata lor reprezinta numai un procent mic din ceea ce ar putea reprezenta piata de sisteme independente. Motivul principal nu este atat unul care tine de tehnologie cat lipsa de informatie. Existenta sistemelor fotovoltaice si rentabilitatea implementarii lor, atat la nivel urban cat si rural nu este cunoscuta de potentialii utilizatori.

Un panou solar fotovoltaic spre deosebire de un panou solar termic transformă energia luminoasă din razele solare direct în energie electrică. Componentele principale ale panoului solar reprezintă celulele solare.

Panourile solare se utilizează separat sau legate în baterii pentru alimentarea consumatorilor independenţi sau pentru generarea de curent electric ce se livrează în reţeaua publică.

Un panou solar este caracterizat prin parametrii săi electrici cum ar fi tensiunea de mers în gol sau curentul de scurtcircuit.

Pentru a îndeplini condiţiile impuse de producerea de energie electrică, celulele solare se vor asambla în panouri solare utilizând diverse materiale, ceea ce va asigura:

• protecţie transparentă împotriva radiaţiilor şi intemperiilor

• legături electrice robuste

• protecţia celulelor solare rigide de acţiuni mecanice

• protecţia celulelor solare şi a legăturilor electrice de umiditate

• asigurare unei răciri corespunzătoare a celulelor solare

• proteţia împotriva atingerii a elementelor componente conducătoare de electricitate

• posibilitatea manipulării şi montării uşoare

2. Construcţia unui panou solar obişnuit

• Un geam (de cele mai multe ori geam securizat monostrat) de protecţie pe faţa expusă la soare,

• Un strat transparent din material plastic (etilen vinil acetat, EVA sau cauciuc siliconic) în care se fixează celulele solare,

• Celule solare monocristaline sau policristaline conectate între ele prin benzi de cositor,

• Caserarea feţei posterioare a panoului cu o folie stratificată din material plastic rezistent la intemperii fluorura de poliviniliden (Tedlar) şi Polyester,

• Priză de conectare prevăzută cu diodă de protecţie respectiv diodă de scurtcircuitare (vezi mai jos) şi racord,

• O ramă din profil de aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare şi montare, pentru fixare şi rigidizarea legăturii. Caracteristicile unui panou solar sunt:

• Tensiunea de mers în gol UOC

• Curent de scurtcircuit ISC

• Tensiunea în punctul optim de funcţionare UMPP

• Curentul în punctual de putere maximă IMPP

• Putere maximă PMPP

• Factor de umplere FF

• Coeficient de modificare a puterii cu temperatura celulei

• Randamentul celulei solare η

Incapsulare durabilă a elementelor componente are o importanţă foarte mare deoarece umiditatatea ce ar putea pătrunde ar afecta durata de viaţă a panoului solar prin coroziune şi prin scurtcircuitarea legăturilor dintre elementele prin care trece curent electric.

Dioda pentru mers în gol (Bypass)

Dacă se conectează mai multe module în serie, este necesar să montăm câte o diodă antiparalel cu fiecare panou. Curentul maxim şi tensiunea de străpungere ale diodei trebuie să fie cel puţin egale cu curentul şi tensiunea panoului. De multe ori se utilizează diode de redresare de 3 Amper / 100 Volt. Dioda pentru mers în gol este conectată la bornele de legătură ale fiecărui panou astfel încât în regim normal de funcţionare (panoul debitează curent) are la borne tensiune inversă (catodul diodei legat la polul pozitiv al panoului). Dacă panoul ar fi umbrit sau s-ar defecta nu ar mai debita curent, polaritatea tensiunii la borne s-ar schimba şi acesta s-ar defecta, sau în cel mai bun caz randamentul acelui lanţ de module ar scădea. Acest lucru este împiedicat de dioda bypass care preia curentul în acest caz.

Alte tipuri de panouri

• panouri laminate sticla-sticla

• panouri sticla-sticla utilizând răşini aplicate prin turnare

• panouri cu strat subţire (CdTe, CIGSSe, CIS, a-Si) pe suprafeţe de sticlă sau aplicate ca folie flexibilă

• panouri concentrator lumina solară se concentrează cu ajutorul unui dispozitiv Optic pe celule solare de dimensiuni mai mici. Astfel utilizând lentile comparativ mai ieftine pentru a crea un fascicol de lumină mai subţire, se economiseşte material semiconductor care este mai scump. Sistemele cu concentrator sunt utilizate de cele mai multe ori la celule solare din semiconductori pe bază de elemente din grupa III-V. Pentru că utilizarea lentilelor impune ca razele solare să cadă perpendicular pe acestea, va fi nevoie de un sistem de orientare mecanică în funcţie de poziţia soarelui.

• Colector cu fuorescenţă. Acest tip deosebit de panou solar transformă lumina incidentă, prin intermediul unui strat de material sintetic, în radiaţie de o lungime de undă acordată pe frecvenţa de absorbţie maximă din celula solară. În acest scop materialul sintetic este impurificat cu un pigment fluorescent. Lumina solară este absorbită de pigment şi reemisă cu o lungime de undă mai mare. Această lumină generată părăseşte stratul de material sintetic doar pe o anumită direcţie bine determinată pe toate celelalte direcţii fiind reflectetă şi astfel reţinută în material. Pe direcţia emisie se aşează celulele solare ce sunt optimizate pe lungimea de undă emisă de pigment. Prin aplicare mai multor straturi de material sintetic şi celule solare acordate pe lungimi de undă diferite, se poate mări randamentul deoarece se poate acoperi un spectru mai larg decât cu panourile solare obişnuite.

3. Fabricarea panoului solar

Fabricarea începe întotdeauna de pe partea activă expusă la soare. La început se pregăteşte şi se curăţă un geam de mărime corespunzătoare. Pe acesta se aşează un strat de folie de etilen vinil acetat, EVA adaptat profilului celulelor solare utilizate. Celulele solare vor fi legate cu ajutorul benzilor de cositor în grupe (şiruri - strings) care mai apoi se aşează pe folia de EVA după care se face conectarea grupelor între ele şi racordarea la priza de legătură prin lipire. În final totul se acoperă cu o folie EVA şi peste aceasta o folie tedlar. Pasul următor constă în laminarea panoului în vacuum la 150 °C. În urma laminării din folia EVA plastifiată, prin polimerizare, se va obţine un strat de material plastic ce nu se va mai topi şi în care celulele solare sunt bine incastrate şi lipite strâns de geam şi folia de tedlar. După procesul de laminare, marginile se vor debavura şi se va fixa priza de conectare în care se vor monta diodele de bypass. Totul se prevede cu o ramă metalică, se măsoară caracteristicile şi se sortează după parametrii electrici după care se împachetează.

UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE