Panourile fotovoltaice sunt parte integranta a sistemelor care produc curent electric sub directa actiune a razelor solare. Descoperite cu mai bine de cincizeci de ani in urma, panourile solare fotovoltaice sunt din ce in ce mai des intalnite, utilizarea lor permitand generarea de curent electric verde, nepoluant, la preturi asemanatoare sau chiar mai mici decat ale altor variante poluante, precum arderea combustibililor fosili sau producerea energiei nucleare.
Tehnologia panourilor fotovoltaice a evoluat extrem de mult in ultimii ani, eforturile fiind realizate atat in cresterea eficientei generale a acestora, cat si in obtinerea unor variante mai durabile, mai ieftine si mai usor de montat.
In articolul urmator se pot descoperi usor informatii generale utile despre aceste panouri fotovoltaice, legate de istoricul tehnologiei si de principiul lor de functionare. De asemenea, se va putea consulta o lista cu principalele tipuri de panouri fotovoltaice existente, fiecare cu avantajele si dezavantajele proprii, si o alta lista cu sfaturi utile pentru alegerea panoului fotovoltaic potrivit, in functie de tipul de proiect ce va fi dezvoltat.
1. Tipuri de panouri fotovoltaice si solare – Informatii generale
Panourile fotovoltaice sunt acele componente ale sistemului sub forma unor suprafete plane, ce genereaza curent electric de la Soare, datorita prezentei unui material semiconductor ce are proprietatea de a excita electronii. In prezent numarul panourilor fotovoltaice montate in intreaga lume este unul impresionant. Tendinta este aceeasi si in Romania, unde sunt deja construite cateva parcuri fotovoltaice comerciale de dimensiuni apreciabile. In viitorul apropiat va fi asteptata deschiderea altor astfel de zone de productie comerciala.
Panourile fotovoltaice fac parte dintr-o categorie mai larga de dispozitive ce folosesc energia soarelui pentru generarea de curent electric sau pentru producerea de apa fierbinte. Termenii “panouri solare” si “panouri fotovoltaice” sunt adesea folositi in mod interschimbabil, dar exista o diferenta subtila intre ei:
Panouri solare:
Panourile solare se refera in general la dispozitive care captureaza energia solara si o transforma in caldura, cunoscuta sub numele de energie termica, in loc de electricitate. Aceste panouri sunt utilizate in principal pentru incalzirea apei din sistemele de incalzire solare a apei sau pentru a furniza caldura in aplicatii industriale sau comerciale. Panourile solare pot fi impartite in doua categorii principale: presurizate si nepresurizate.
Tipurile de panouri solare termice au rolul de a incalzi un fluid, de regula apa sau alt agent termic, cu ajutorul luminii solare. Fie ca este vorba despre panouri presurizate sau despre cele nepresurizate, apa calda generata este folosita in scopuri menajere sau chiar pentru incalzirea spatiilor interioare. Prima varianta, cea presurizata, este mai avantajoasa, pentru ca poate fi utilizata chiar si in timpul iernii, atunci cand termometrul scade sub zero grade.
Panouri fotovoltaice:
Panourile fotovoltaice sunt dispozitive care transforma direct energia solara in electricitate folosind celule solare. Acestea sunt cele mai cunoscute si utilizate panouri solare in scopul generarii de energie electrica. Celulele solare din panourile fotovoltaice sunt de obicei facute din siliciu si functioneaza pe principiul efectului fotoelectric pentru a converti fotoni de lumina solara in electroni, generand astfel curent electric.
Diferenta principala este ca panourile solare se refera la dispozitive care transforma energia solara in caldura (energie termica), in timp ce panourile fotovoltaice transforma energia solara in electricitate. Cele doua tehnologii au aplicatii diferite si se bazeaza pe principii fizice diferite, dar ambele pot fi folosite pentru a utiliza energia solara intr-un mod util.
1.1. Istoricul tipurilor de panouri fotovoltaice
Panourile fotovoltaice actuale au in spate o istorie impresionanta de aproape 200 de ani. Primii pasi au fost facuti in anul 1839, atunci cand fizicianul francez Becquerel a observat ca anumite materiale genereaza curent electric daca sunt expuse la lumina solara. Acesta a denumit efectul dupa numele unui celebru fizician preocupat de electricitate (Volta), si anume efect fotovoltaic.
Prima aplicatie practica a principiului a fost realizata in anul 1980, cand inventatorul american Charles Fritts a construit prima celula fotovoltaica prin plasarea unei foite subtiri de aur deasupra unei suprafete de seleniu. Aceasta inventie nu a fost de succes din cauza eficientei foarte reduse.
Urmatoarea etapa importanta in dezvoltarea panourilor fotovoltaice a avut loc in anul 1954, atunci cand compania americana Bell a utilizat pentru prima data siliciul ca element semiconductor al unui panou, inovatie ce a permis ridicarea eficientei acestuia pana la aproximativ sase la suta. In anii ‘60 tehnologia a fost utilizata in cadrul programelor spatiale americane si rusesti pentru a furniza energie electrica satelitilor si, mai tarziu, navetelor spatiale.
Dupa criza energetica din anii ‘70 au fost realizate inovatii si avansuri tehnologice legate, in special, de reducere a costurilor, panourile devenind astfel o alternativa la obtinerea curentului electric prin arderea combustibililor fosili. In ultimii douazeci de ani au fost efectuate cele mai multe inovatii din punct de vedere al cresterii eficientei acestora, ajungandu-se pana la procente impresionante, de pana la peste douazeci si cinci la suta.
1.2. Modalitatea de functionare a diferitelor tipuri de panouri fotovoltaice
Panourile fotovoltaice sunt mecanisme relativ simple, formate din doar cateva componente. Un avantaj al acestei forme de generare a curentului electric este ca in mecanismele utilizate nu sunt implicate parti in miscare, curentul electric fiind generat direct de celulele solare lovite de razele soarelui. Acest element permite crearea unor componente durabile, ce rezista zeci de ani fara a fi necesara vreo interventie pentru reparatie sau intretinere.
De-a lungul timpului au fost facute numeroase incercari de catre oamenii de stiinta interesati in eficientizarea procesului. Cele mai multe eforturi au fost realizate in directia identificarii materialului semiconductor potrivit. Dintre numeroasele optiuni s-a evidentiat siliciul care are un pret scazut, poate fi manufacturat cu usurinta si ofera o eficienta apreciabila.
Principiul de functionare a panourilor fotovoltaice se bazeaza pe proprietatea materialelor semiconductoare de a produce curent electric continuu in urma bombardarii cu fotoni din care sunt constituite razele solare. In acest fel se obtine energie gratuita de la soare intr-un mod sustenabil, fara a produce materii poluante si fara a exista problema epuizarii resursei, Soarele avand o varsta apreciabila, in miliarde de ani.
Curentul continuu produs de panouri este transformat in curent alternativ cu ajutorul unui invertor solar, putand fi folosit in mai multe moduri:
- Alimentarea directa a echipamentelor electrice;
- Acumularea de energie in bateriile solare speciale;
- Injectarea in retea in scop comercial pentru a fi vandut altor consumatori racordati la reteaua nationala.
Aceasta ultima varianta este una profitabila, investitiile implicate pentru achizitionarea materialelor, a terenului si montarea propriu-zisa a sistemului fiind amortizata intr-o perioada relativ scurta de timp, urmand ca dupa atingerea acestei limite sa se obtina curent electric absolut gratuit.
2. Tipurile de panouri solare fotovoltaice
Dupa zeci de ani de cercetari, in prezent s-a ajuns la o oarecare standardizare a industriei producatoare de panouri fotovoltaice. Standardizarea este benefica pentru usurarea montajului. Majoritatea producatorilor ofera clientilor panouri de dimensiuni standard, ce pot fi plasate cu usurinta pe suporturile de montaj existente. Cu toate acestea exista si elemente care deosebesc panourile, in special avand in vedere tipul de material semiconductor utilizat pentru generarea curentului electric.
2.1. Panouri fotovoltaice monocristaline
Panourile fotovoltaice monocristaline reprezinta alegerea ideala atunci cand se urmareste obtinerea eficientei maxime. Motivul este dat de randamentul crescut al acestor variante de panouri, acesta fiind situat intre douazeci si douazeci si cinci la suta, in functie de producator. Numele vine de la modalitatea de fabricare a panourilor fotovoltaice monocristaline, care se prezinta sub forma unui singur cristal de siliciu pur.
Varianta monocristalina are o culoare negru inchis pronuntat, ceea ce permite absorbtia fotonilor si generarea unei cantitati insemnate de curent electric. Dezavantajul variantei vine de la complexitatea procesului de productie al acesteia, aici fiind implicate tehnologii pretentioase si scumpe. Astfel, preturile panourilor fotovoltaice monocristaline sunt mai mari decat ale altor variante, insa productia totala pe tot parcursul vietii utile merita banii cheltuiti in plus.
2.2. Panouri fotovoltaice policristaline
Panourile fotovoltaice policristaline sunt fabricate dintr-un numar mai mare de fragmente de siliciu turnate intr-o matrita de forma dreptunghiulara. De aici vine si numele de policristalin (adica mai multe cristale). Procesul de fabricare este mai sigur decat cel al variantei monocristaline, atat in ceea ce priveste tehnologia folosita, cat si in ceea ce priveste cantitatea de materie prima utilizata.
Un avantaj al panourilor fotovoltaice monocristaline este reprezentat de posibilitatea captarii luminii solare indirecte ce ajunge la panou reflectata de alte suprafate. Pretul mai scazut vine si cu un dezavantaj, si anume scaderea eficientei pana la aproximativ saptesprezece la suta. Astfel, sistemele fotovoltaice bazate pe panouri policristaline vor produce cu circa treizeci la suta mai putin decat cele echivalente ce folosesc varianta monocristalina.
2.3. Panouri fotovoltaice amorfe
Panourile fotovoltaice amorfe sunt produse prin aplicarea unui strat subtire de material fotovoltaic pe un substrat flexibil, cum ar fi plasticul sau metalul. Acest sistem de constructie ofera flexibilitate si greutate redusa, ceea ce face posibila montarea lor pe suprafete neplane, acolo unde panourile obisnuite nu pot fi folosite. Totusi, exista doua dezavantaje destul de insemnate ale acestei variante, si anume eficienta redusa, pana la aproximativ zece la suta, si sensibilitatea in fata socurilor fizice.
2.4. Panouri fotovoltaice inovative
Cercetarile din domeniul panourilor solare fotovoltaice sunt intense si foarte sustinute, cautandu-se permanent noi variante, care sa ofere o eficienta si mai ridicata sau generarea de curent electric in perioadele cu intensitate scazuta a radiatiei solare. In ultimii ani au aparut astfel doua variante inovative, ce incep sa-si faca simtita prezenta si in aplicatiile practice.
Astfel, pot fi amintite panourile de tip PERK (Passivated Emitter Rear Kontakt). Aceste panouri sunt variante imbunatatite ale celor standard, functionand tot pe baza substratului fotovoltaic de siliciu. Diferenta este data de prezenta in spatele stratului semiconductor a unei suprafete de pasivare ce duce la cresterea randamentului, in special in momentele cu lumina scazuta.
O alta varianta inovativa este cea cunoscuta sub denumirea de Half Cell (“jumatate de celula”). Noutatea in acest caz nu este data de introducerea vreunei tehnologii noi, ci de reducerea la jumatate a dimensiunilor celulelor. In acest mod pot fi integrate in varianta noua a unui panou 120 de celule fata de cele 60 prezente in varianta standard. Astfel creste eficienta si se reduce riscul punctelor fierbinti, elemente care pot dauna panourilor obisnuite.
Cercetarile continua in directii neasteptate, laboratoarele din diverse tari realizand noi variante, precum celulele fotovoltaice ce functioneaza noaptea, celulele fotovoltaice transparente, ce pot fi plasate in locul geamurilor sau chiar vopseaua fotovoltaica.
3. Sfaturi utile pentru alegerea celui mai eficient tip de panou fotovoltaic
Specialistii in producerea alternativa a curentului electric au creat o lista de recomandari ce trebuie sa fie urmarite pentru o alegere corecta a variantelor de panouri fotovoltaice. Daca in cazul utilizatorilor casnici alegerea este mai simpla, nefiind urmarita in mod special atingerea eficientei maxime, in cazul variantelor comerciale orice avantaj putand insemna cresterea apreciabila a profitului.
Antreprenorii care vor sa dezvolte proiecte comerciale fotovoltaice trebuie sa tina cont de urmatoarele recomandari:
- Alegerea amplasamentului trebuie sa fie efectuata avand in vedere cantitatea de energie solara ce ajunge la nivelul solului. Aceasta variaza in functie de doua elemente. In primul rand, zonele cu zile senine numeroase vor permite obtinerea unei productii mai mari de energie si, in al doilea rand, zonele din sudul tarii sunt lovite de razele soarelui la un unghi mai apropiat de nouazeci de grade, ceea ce garanteaza producerea unei cantitati suplimentare de energie. Avand in vedere aceste elemente, cele mai potrivite zone geografice din Romania sunt cele din sud si sud-est;
- O alta caracteristica de care trebuie sa se tina cont este tipul de panou fotovoltaic utilizat. Panourile policristaline necesita o investitie mai mica, fiind potrivite astfel pentru mici intreprinzatori care urmaresc profitul pe scurta durata. Pentru eficienta maxima se recomanda panourile fotovoltaice monocristaline, care vor genera mult mai multa energie electrica pe o durata mai mare de timp;
- Pe piata exista panouri produse in diverse fabrici, diferentele calitative dintre acestea fiind majore. Este adevarat ca variantele premium au preturi duble fata de cele de buget, insa cele dintai vor functiona o perioada indelungata, fara ca eficienta sa scada;
- Producerea de curent electric fotovoltaic este sprijinita de stat si de Uniunea Europeana. Exista diverse programe care ofera subventii insemnate pentru producatorii de curent electric, nivelul acestora putand ajunge pana la un procent semnificativ din investitia initiala. In acest mod costurile initiale pot fi reduse foarte mult, amortizarea lor facandu-se in doar cativa ani de zile;
- O metoda ideala de crestere a eficientei panourilor fotovoltaice este legata de montarea acestora pe suporturi mobile, care permit urmarirea miscarii Soarelui pe parcursul zilelor si anotimpurilor. Exista varianta urmaririi in doua axe si varianta urmaririi in trei axe, fie manuala, fie automata. Aceste optiuni permit cresterea eficientei cu pana la treizeci la suta fata de varianta panourilor statice;
- Panourile fotovoltaice sunt doar o parte a sistemului, la fel de importante fiind si celelalte componente, cum ar fi invertoarele, cablurile, mufele, accesoriile de montaj. Toate trebuie sa fie de calitate superioara, potrivite fiecarui proiect in parte, pentru a se permite obtinerea eficientei maxime posibile;
- Dupa montarea sistemului este necesara intretinerea periodica, ce are dublu scop. In primul rand, prin intermediul ei vor fi identificate probleme ce pot aparea la conexiuni sau la panourile in sine si, in al doilea rand, prin spalarea periodica se va indeparta stratul ce impiedica accesul razelor solare catre folia semiconductoare.
In concluzie, prin alegerea tipului potrivit de panouri fotovoltaice se poate obtine garantia dezvoltarii unei afaceri profitabile si, in acelasi timp, prietenoase cu mediul inconjurator datorita generarii curentului electric intr-o varianta ecologica.
Surse foto: unsplash.com
