Istoricul panourilor fotovoltaice este fascinant si plin de descoperiri care au schimbat lumea in care traim astazi. Povestea incepe cu Alexandre Edmond Becquerel, un savant francez care a descoperit in 1839 efectul fotovoltaic. Experimentand cu electroliti si electrozi intr-o solutie, Becquerel a observat sa se genera curent atunci cand solutia era expusa la lumina. Acesta a fost primul indiciu ca energia solara poate fi transformata in energie electrica. [1]
Evolutia tehnologica a panourilor fotovoltaice a cunoscut un avant spectaculos in anii 1950, cand au fost create primele celule solare functionale. A fost un moment crucial in istoria tehnologiei solare, atunci cand Bell Labs a dezvoltat o celula solara cu o eficienta de aproximativ 6%. De atunci, progresele in domeniu nu au incetat, eficienta si durabilitatea acestora fiind imbunatatite constant. [2]
Privind catre viitor, este foarte probabil ca tendinta ascendenta a energiei solare sa continue. Progresele tehnologice anticipate, cum ar fi cresterea eficientei celulelor solare si dezvoltarea de noi materiale, precum celulele solare pe baza de perovskit, promit sa revolutioneze si mai mult acest domeniu. De asemenea, impactul potential al acestor progrese asupra economiei globale si a eforturilor de combatere a schimbarilor climatice este enorm.
Descopera in acest articol tehnologia din spatele panourilor fotovoltaice!
Cuprins
- Energia solara 101
- Potentialul energetic solar al Romaniei
- Celulele solare - fenomenul fizic de producere a energiei
- Cum se fabrica celulele solare?
- Panourile fotovoltaice monocristaline
- Panourile fotovoltaice policristaline
- Panourile fotovoltaice amorfe
- Celula fotovoltaica concentrat
- De la celula solara la electricitate
- Captarea radiatiei solare
- Generarea curentului electric
- Inversarea curentului
- Folosirea electricitatii
- Stocarea excesului de energie
- Aplicatii ale panourilor fotovoltaice
- Provocari si perspective
- Cat rezista panourile fotovoltaice?
- Viitorul e verde!
Energia solara 101
Energia solara este un subiect fascinant si mult mai simplu de inteles decat ar putea parea la prima vedere. Baza acestui tip de energie este lumina, sau mai exact radiatia solara. Aceasta este o forma de energie emisa de soare, care ajunge pe Pamant sub forma de radiatie electromagnetica. Insa, cantitatea de radiatie solara pe care o primeste un anumit punct de pe suprafata Pamantului intr-un an variaza considerabil in functie de mai multi factori, printre care latitudinea, altitudinea, anotimpurile si conditiile meteorologice.
Un element-cheie in acest proces este modul in care radiatia solara este captata si transformata in energie utila. Aici intervin tehnologiile solare, precum panourile fotovoltaice. Acestea sunt dotate cu materiale semiconductoare capabile sa absoarba fotonii din lumina solara si sa genereze un curent electric. Este un proces complex, dar fascinant, care ne permite sa transformam lumina soarelui intr-o forma de energie pe care o putem utiliza in mod practic. [3]
Potentialul energetic solar al Romaniei
Romania, datorita pozitiei sale geografice si conditiilor sale climatice, dispune de un potential valoros pentru valorificarea energiei solare. Acestea influenteaza intensitatea radiatiei solare pe teritoriul tarii, oferind astfel o oportunitate semnificativa pentru dezvoltarea de proiecte de energie regenerabila.
In regiuni precum Litoralul Marii Negre, Dobrogea si majoritatea zonelor din sudul tarii, fluxul energetic solar anual ajunge la valori intre 1450 – 1600 kwh/mp/an, incurajand astfel dezvoltarea proiectelor de panouri solare. In restul regiunilor tarii, fluxul energetic solar mediu depaseste 1250 – 1350 kwh/mp/an, ceea ce este inca o valoare notabila.
Daca ne uitam la distributia geografica a potentialului energetic solar in Romania, observam ca peste 50% din teritoriul tarii ofera un flux anual de radiatie solara medie ce variaza intre 1000 – 1500 kwh/mp. Radiatia solara atinge valori maxime in luna iunie si valori minime in luna februarie, oferind astfel o sursa de energie relativ constanta pe tot parcursul anului.
Cantitatea medie de energie solara primita in Romania, in plan orizontal, este estimata la circa 1100 kwh/mp/an. Acesta este potentialul energetic solar al Romaniei, o resursa valoroasa si inca insuficient valorificata.
Potentialul energetic solar al Romaniei este enorm si este inca departe de a fi exploatat la maxim. Cu o investitie adecvata in tehnologii eficiente si o politica sustinuta de sustinere a energiilor regenerabile, Romania ar putea deveni un actor important pe piata energiei solare. Prin valorificarea acestui potential, tara noastra ar putea reduce semnificativ dependenta de combustibilii fosili si ar putea contribui la eforturile globale de reducere a emisiilor de dioxid de carbon. Vezi kiturile de panouri fotovoltaice! [4]
Celulele solare - fenomenul fizic de producere a energiei
Fiecare celula solara este un dispozitiv electronic, format din doi semiconductori de siliciu: unul incarcat pozitiv (tip p), celalalt incarcat negativ (tip n). Atunci cand lumina soarelui loveste o celula solara, fotonii - cele mai mici unitati de lumina - sunt absorbiti de semiconductorul de tip n, declansand o miscare a electronilor cu o energie mai mare din celula solara spre un circuit extern. Aici gasesti mai multe informatii despre panouri fotovoltaice N-Type si P-Type.
Spre deosebire de alte surse de energie, celulele solare nu necesita reactii chimice sau combustibil pentru a produce energie electrica. Acestea folosesc doar lumina soarelui. Mai mult, ele nu au parti mobile, fapt ce le confera o durabilitate sporita si o fiabilitate de necontestat.
Siliciul joaca un rol esential in celulele solare. Diodele cu jonctiune p-n, cum sunt numite uneori celulele solare de siliciu, se disting de diodele conventionale printr-o structura deosebita. Acestea sunt, de fapt, o forma de celula fotovoltaica PV, cu anumite proprietati electrice – cum ar fi curentul, tensiunea si rezistenta. Eficienta si capacitatile acestora variaza in functie de cantitatea de lumina cu care intra in contact.
Cum se fabrica celulele solare?
Siliciul este un material semiconductiv, iar pentru a fi utilizat in productia celulelor solare, trebuie purificat. Acest proces implica topirea siliciului intr-un cuptor la temperaturi extrem de inalte, unde se indeparteaza impuritatile.
Odata purificat, siliciul este racit intr-un proces controlat pentru a forma cristale. In cazul panourilor solare monocristaline, este crescut un singur cristal de siliciu de dimensiuni mari. Pentru panourile solare policristaline, siliciul este racit mult mai rapid, rezultand mai multe cristale mici.
Aceste cristale de siliciu sunt apoi taiate in plachete subtiri, care vor forma baza celulelor solare. E important sa intelegi ca aceste plachete subtiri de siliciu reprezinta inima unei celule solare.
Panourile fotovoltaice monocristaline
Daca te intereseaza panourile solare de calitate superioara, atunci probabil vei dori sa afli mai multe despre panourile solare monocristaline. Acestea ofera randamente mai mari, au o durabilitate mai buna si sunt mai estetice. Siliciul monocristalin este modelat in benzi si taiat in plachete. Electronii au mai mult loc sa se miste, datorita structurii unice a unui singur cristal, ceea ce duce la o eficienta ridicata, intre 15 si 24%. Dar, ca si in cazul tuturor lucrurilor de calitate, costul acestor panouri este mai mare. [5]
Panourile fotovoltaice policristaline
Daca bugetul este o preocupare, panourile solare policristaline sunt o alternativa mai accesibila. Avantajul lor major este costul moderat, dar eficienta acestora este semnificativ mai mica, intre 13 si 16%, iar durabilitatea este putin mai scurta decat in cazul panourilor monocristaline. Panourile policristaline sunt fabricate din fragmente de siliciu topite impreuna pentru a forma plachete. Constructia lor multicristalina limiteaza libertatea de miscare a electronilor, ceea ce duce la o eficienta mai mica. [6]
Panourile fotovoltaice amorfe
Panourile amorfe, cu pelicula subtire, sunt cele mai ieftine si mai usor de produs. Cu toate acestea, au o eficienta mai mica, de aproximativ 7-18%. Aceasta inseamna ca transforma doar 7-18% din energia solara primita in energie electrica. Durabilitatea lor este de asemenea mai mica comparativ cu cea a altor tipuri de panouri. Cu toate acestea, grosimea lor extrem de mica le face semnificativ mai subtiri decat tehnologiile concurente bazate pe celule solare din siliciu cristalin de prima generatie. [7]
Celula fotovoltaica concentrata
Celula fotovoltaica concentrata este o tehnologie mult mai avansata, care utilizeaza lentile sau oglinzi curbate pentru a concentra lumina solara pe o suprafata a unei celule solare multijonctiune extrem de eficiente. Cu o eficienta de aproximativ 40%, aceasta este cea mai eficienta tehnologie disponibila pe piata la ora actuala. Insa, aceste panouri sunt mult mai costisitoare in etapa initiala a proiectului si necesita un sistem de racire dedicat, din cauza caldurii ridicate produse in timpul concentrarii luminii pe stratul superior al celulei solare. [8]
Descopera care sunt cele mai eficiente panouri fotovoltaice!
De la celula fotovoltaica la electricitate
Celulele solare reprezinta inima sistemului de panouri fotovoltaice, dar cum se transforma energia solara in electricitate?
1. Captarea radiatiei solare
Procesul de baza sta in faptul ca atunci cand lumina soarelui loveste celulele fotovoltaice, electronii sunt eliberati, generand astfel o diferenta de potential electric. Acest fenomen este cunoscut drept efectul fotovoltaic.
Dar ce se intampla la nivel molecular? Aici intervin materialele semiconductoare. Atunci cand siliciul este expus la lumina soarelui, elibereaza electroni. Acest proces este esential in captarea radiatiei solare si transformarea ei in energie electrica.
2. Generarea curentului electric
Cand siliciul este expus la lumina solara, electronii sai sunt eliberati, proces ce duce la crearea unei diferente de potential electric. Acesta este aspectul fundamental care permite generarea curentului electric.
Un aspect important in eficienta productiei de energie electrica o are interconectarea celulelor fotovoltaice. Desi o singura celula fotovoltaica genereaza un curent relativ mic, interconectarea mai multor celule permite crearea unui curent mai puternic. Prin amplasarea a numeroase celule pe o suprafata mare, panourile fotovoltaice pot genera cantitati semnificative de energie electrica.
3. Transformarea curentului electric
Intr-un sistem fotovoltaic, rolul esential al invertorului este conversia curentului continuu generat de panourile solare in curent alternativ, care poate fi utilizat in majoritatea aplicatiilor domestice sau comerciale. Curentul continuu (DC) este format dintr-o serie de electroni care se deplaseaza intr-o singura directie. In contrast, curentul alternativ (AC) are electroni care se misca inainte si inapoi, facandu-l mai potrivit pentru alimentarea dispozitivelor electrice.
Invertoarele pentru panouri fotovoltaice preiau curentul continuu produs de panourile solare si il transforma in curent alternativ. Acest proces de conversie este esential, deoarece majoritatea dispozitivelor si aparatelor pe care le folosim in fiecare zi - cum ar fi frigiderele, televizoarele, calculatoarele si multe altele - se bazeaza pe curent alternativ. Fara invertor, energia generata de panourile solare ar fi limitata la aplicatii foarte specifice.
4. Folosirea electricitatii
Dispozitivele de iluminat, sistemele de incalzire, racire si electrocasnicele, toate pot fi alimentate cu energie verde, intr-un mod eficient si prietenos cu mediul. Nu mai este un secret ca utilizarea la scara larga a panourilor fotovoltaice poate duce la economii semnificative in facturile de utilitati.
Mai mult, in cladirile comerciale si industriale, energia electrica produsa de panourile fotovoltaice poate fi utilizata pentru a alimenta masinile electrice, echipamentele electronice si sistemele de iluminat.
Energia electrica produsa de panourile fotovoltaice poate fi, de asemenea, injectata in reteaua electrica. Acest lucru ofera posibilitatea de a vinde surplusul de energie, contribuind la un sistem energetic mai durabil si mai eficient.
5. Stocarea excesului de energie
Fiecare baterie pentru panourile fotovoltaice are un anumit numar de cicluri de viata, care reprezinta numarul de incarcari complete si descarcari pe care le poate suporta inainte de a-si pierde capacitatea. Eficienta incarcarii si descarcarii se refera la cat de multa energie poate fi stocata si recuperata din baterie, iar gestionarea optima a bateriei implica utilizarea acesteia intr-un mod care sa maximizeze durata de viata.
Aplicatii ale panourilor fotovoltaice
Panourile fotovoltaice au o varietate de aplicatii, fie ca vorbim despre sisteme conectate la retea sau sisteme off-grid.
Sistemele fotovoltaice conectate la retea sunt dotate cu panouri solare care genereaza energie electrica si o injecteaza in reteaua de energie electrica publica. Atunci cand produci mai multa energie decat consumi, trimiti excesul de energie inapoi in retea si primesti credite sau compensatii. Astfel, nu numai ca iti reduci factura la energie, dar contribui si la alimentarea retelei cu energie verde.
Sistemele fotovoltaice off-grid functioneaza independent de reteaua electrica si sunt adesea utilizate in zone indepartate, unde conectarea la reteaua electrica este dificila sau costisitoare. Energia produsa de aceste sisteme este stocata in baterii pentru utilizare ulterioara. Astfel, ai un control total asupra sursei tale de energie, dar ai nevoie de un sistem de stocare eficient si, posibil, de un sistem de backup pentru perioadele fara soare.
Poti folosi energia solara pentru incalzirea apei, alimentarea dispozitivelor electrice si electrocasnicelor, alimentarea vehiculelor electrice si multe altele.
Provocari si perspective
In prezent, costurile lor sunt relativ ridicate, ceea ce poate descuraja anumite persoane sa investeasca in aceasta tehnologie. Dar este important sa stii ca exista o serie de programe de subventii si finantare care pot ajuta la atenuarea acestor costuri. In plus, in ultimii ani, s-au facut eforturi considerabile pentru dezvoltarea de noi tehnologii care sa fie mai accesibile din punct de vedere al costurilor.
Integrarea panourilor fotovoltaice in infrastructura existenta reprezinta o alta provocare majora. Probleme pot aparea atunci cand incercam sa conectam aceste sisteme la retelele electrice deja existente sau sa le inglobam in structura cladirilor. Cu toate acestea, solutii inteligente precum dezvoltarea sistemelor de gestionare a energiei si tehnologiilor de stocare a energiei mai eficiente pot rezolva aceste probleme.
Un alt aspect remarcabil este dezvoltarea de noi materiale si tehnologii. Progrese recente, cum ar fi celulele solare perovskite si panourile solare cu grafen, au potentialul de a creste eficienta panourilor fotovoltaice si de a reduce costurile. Acestea nu sunt doar concepte teoretice, ci sunt in curs de dezvoltare si testare in laboratoarele de cercetare din intreaga lume.
In sfarsit, nu trebuie sa ignoram provocarile legate de spatiul necesar pentru instalarea panourilor fotovoltaice. Aceasta poate fi o problema in zonele urbane dens populate sau pe terenurile agricole. Totusi, exista solutii inovatoare pentru aceasta problema, cum ar fi panourile solare flotante si panourile solare montate pe acoperis, cu ajutorul sistemelor de prindere pentru panouri fotovoltaice.
Cat rezista panourile fotovoltaice?
Te-ai intrebat vreodata cat de durabile sunt panourile fotovoltaice? Raspunsul este incurajator: majoritatea sunt proiectate sa reziste intre 25 si 30 de ani. Intr-adevar, aceasta este o solutie energetica pe termen lung, care merita investitia. Gandeste-te la faptul ca, timp de trei decenii, panourile fotovoltaice pot furniza energie verde, contribuind la un viitor mai curat. [9]
Trebuie sa stii ca, desi panourile fotovoltaice sunt durabile, eficienta lor poate scadea in timp. Acest lucru inseamna ca, desi panourile tale vor continua sa produca energie, s-ar putea sa nu produca la fel de multa energie ca in primii ani de functionare. Dar nu te ingrijora, chiar si cu o eficienta redusa, panourile fotovoltaice continua sa fie o sursa valoroasa de energie regenerabila.
Unul dintre cele mai mari beneficii ale sistemelor fotovoltaice este ca asigura o sursa inepuizabila de energie regenerabila. Acestea contribuie la reducerea emisiilor de carbon si la protejarea mediului inconjurator. Prin folosirea panourilor solare, nu doar ca economisesti bani, dar contribui si la un viitor mai verde.
Viitorul e verde!
Fie ca alegi sa instalezi panouri fotovoltaice acasa sau pur si simplu sa sustii dezvoltarea acestora, fiecare pas conteaza. Descopera pe https://zonetecsolar.ro/ o gama variata de panouri fotovoltaice, invertoare, baterii si kituri fotovoltaice! Investeste in verde, investeste in viitor!
Surse
[1] Lincot, Daniel. “The New Paradigm of Photovoltaics: From Powering Satellites to Powering Humanity.” Comptes Rendus Physique, vol. 18, no. 7-8, 1 Sept. 2017, pp. 381–390, www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1631070517300555, https://doi.org/10.1016/j.crhy.2017.09.003. Accessed 16 Feb. 2024.
[2] Bakhtiari, Afshin. “History and the Development of Photovoltaics - AESOLAR.” AESOLAR, 8 Oct. 2021, ae-solar.com/history-of-solar-module/. Accessed 16 Feb. 2024.
[3] “Photovoltaic Effect - Energy Education.” Energyeducation.ca, 2015, energyeducation.ca/encyclopedia/Photovoltaic_effect. Accessed 16 Feb. 2024.
[4] Wikipedia Contributors. “Solar Power in Romania.” Wikipedia, Wikimedia Foundation, 2 Nov. 2023, en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_in_Romania. Accessed 16 Feb. 2024.
[5] Ibrahim Dincer, and Yusuf Bicer. “3.17 Photonic Energy Production.” Elsevier EBooks, 1 Jan. 2018, pp. 707–754, www.sciencedirect.com/topics/engineering/monocrystalline. Accessed 16 Feb. 2024.
[6] “Access Restricted.” Marketwatch.com, 2024, www.marketwatch.com/guides/access-restricted/. Accessed 16 Feb. 2024.
[7] “Thin-Film Solar Panels | American Solar Energy Society.” Ases.org, 2024, ases.org/thin-film-solar-panels/\. Accessed 16 Feb. 2024.
[8] Wikipedia Contributors. “Concentrator Photovoltaics.” Wikipedia, Wikimedia Foundation, 31 Dec. 2023, en.wikipedia.org/wiki/Concentrator_photovoltaics. Accessed 16 Feb. 2024.
[9] “How Long Do Solar Panels Last? Solar Panel Lifespan 101.” EnergySage, 12 Dec. 2022, www.energysage.com/solar/how-long-do-solar-panels-last/. Accessed 16 Feb. 2024.