Panells d'energia
solar fotovoltaica

Instal·lació d'energia solar tèrmica

Planta d'energia solar
termoelèctrica

Mòdul fotovoltaic

Mòdul fotovoltaic

Els mòduls fotovoltaics o panells solars són dispositius que s'utilitzen per capturar l'energia de la llum de la dom. Els panells solars fotovoltaics contenen un conjunt de cèl·lules solars que converteixen la llum en electricitat. Es diu solar perquè el sol és una de les fonts d'energia més forts per a aquest tipus d'ús. Les cèl·lules solars de vegades es diuen cèl·lules fotovoltaiques, i la fotovoltaica significa literalment "llum-electricitat". Les cèl·lules solars tenen l'efecte fotovoltaic per absorbir l'energia del sol i fer que el corrent elèctric flueixi entre dues capes carregades en la direcció oposada.

Actualment, els costos associats amb els mòduls solars es tornen barats a aplicacions on la potència de les estacions elèctriques està disponible. El cost dels combustibles fòssils està augmentant, i l'experiència de producció està reduint els costos de les cèl·lules solars, això pot no veure en un futur molt proper, però a la llarga la tendència és un augment en l'ús d'aquest tipus d'energia renovable.

Un mòdul fotovoltaic és un conjunt de cèl·lules fotovoltaiques interconnectades entre si protegides de l'exterior per una estructura composta bàsicament per un vidre i un marc rígid.

Les cèl·lules fotovoltaiques són uns elements que gràcies a les propietats del silici permeten transformar la radiació solar en energia elèctrica a molt baixa tensió mitjançant l'efecte fotovoltaic.

El panell fotovoltaic té la funció d'agrupar totes aquestes petites tensions generades per proporcionar una tensió nominal més alta al sistema.

Els mòduls fotovoltaics proporcionen una tensió en corrent continu. La resta dels elements del sistema fotovoltaic s'encarreguessin de gestionar i transformar aquesta tensió en corrent altern, si fos necessari.

Els col·lectors solars són els panells solars que, mediatne les lleis de la termodinàmica, aprofiten la calor del sol per escalfar un líquid.

Tecnologies de construcció dels mòduls fotovoltaics

Dels molts materials que es poden utilitzar per a la construcció de mòduls fotovoltaics, el silici és el més utilitzat. El silici s'obté en hòsties que després s'uneixen per formar un mòdul fotovoltaic.

Els tipus de construcció de les cèl·lules fotovoltaiques més comunes són:

  • El silici monocristal·lí: les cèl·lules tenen una eficiència de 18-21%. Tendeixen a ser costosos i també hi són presents, es tallen amb lingots cilíndrics, és difícil cobrir amb ells superfícies esteses sense malgastar material o espai.
  • El silici policristal·lí: cèl·lules més barates, però menys eficients (15-17%), l'avantatge rau en la facilitat amb la qual és possible tallar-les a formes adequades per unir-se en mòduls.
  • Silici amorf dipositat per fase de vapor: les cèl·lules fotovoltaiques tenen una eficiència baixa (8%), però són molt més barates de produir. El silici amorf (Si-a) posseeix una banda important de silici cristal·lí (Si-c): això significa que és més eficient en absorbir la part visible de l'espectre de la radiació solar, però menys eficaç en la recol·lecció de la part infraroja. Atès que el silici nano- cristal·lí (amb dominis cristal·lins de l'ordre nanomètric) té aproximadament el mateix interval de banda Si-c, els dos materials es poden combinar creant una cèl·lula fotovoltaica en capes, en la qual la capa superior Si-a absorbeix la llum visible i deixa la porció infraroja de l'espectre a la cel de silici nanocristalina inferior.
  • CIS: les cèl·lules es basen en capes de calcogenur (per exemple, Cu (InxGa1-x) (SexS1-x) 2). Tenen una eficiència de fins al 15%, però el seu cost encara és massa alt.
  • Cèl·lules fotoelectroquímiques: aquestes cèl·lules fotovoltaiques, construïdes per primera vegada el 1991, es van dissenyar inicialment per imitar el procés de fotosíntesi. Aquest tipus de cel·la en un mòdul fotovoltaic permet un ús més flexible dels materials i la tecnologia de producció sembla ser molt convenient. No obstant això, els tints utilitzats en aquestes cèl·lules pateixen problemes de degradació quan s'exposen a la calor o a la llum ultraviolada. Malgrat aquest problema, aquesta és una tecnologia emergent amb un impacte comercial esperat dins d'una dècada.
  • Cèl·lula fotovoltaica híbrida: combina els avantatges dels semiconductors orgànics i diversos tipus de semiconductors inorgànics.
  • Cel·la fotovoltaica concentrada: la utilització d'aquesta cel·la en un mòdul fotovoltaic combina les tecnologies abans esmentades amb lents de concentració solar que augmenten significativament l'eficiència. Representen la prometedora nova generació de panells encara en desenvolupament.
  • Silici monocristal·lí, en el qual cada cèl·lula està feta d'una hòstia l'estructura cristal·lina és homogènia (monocristall), dopada apropiadament per formar una unió pn;
  • Mòdul fotovoltaic amb silici policristal·lí, en què l'hòstia esmentada anteriorment no és estructuralment homogènia, sinó que està organitzada en grans ordenats localment.

Mòduls fotovoltaics cristal·lins

  • Silici monocristal·lí, en el qual cada cèl·lula està feta d'una hòstia l'estructura cristal·lina és homogènia (monocristall), dopada apropiadament per formar una unió pn;
  • Mòdul fotovoltaic amb silici policristal·lí, en què l'hòstia esmentada anteriorment no és estructuralment homogènia, sinó que està organitzada en grans ordenats localment.

Mòduls de pel·lícula prima

Els mòduls fotovoltaics de pel·lícula prima es fabriquen dipositant el material semiconductor sobre un substrat similar al vidre, perquè els panells solars rígids s'utilitzin en exteriors; o plàstic, en el cas de panells flexibles per a usos menys convencionals.

El mòdul de pel·lícula prima es fabrica monolíticament i no requereix l'acoblament de diverses cel·les, com en el cas dels panells de silici cristal·lí, a més, la quantitat de material semiconductor present en el panell és considerablement menor que els panells fets amb cel·les fotovoltaiques estàndard, el que redueix la els costos de producció, d'altra banda, el material dipositat sembla tenir un alt defecte i, per tant, els panells de pel·lícula prima tindran una eficiència menor en comparació amb els seus equivalents monocristalins.

Els mòduls de pel·lícula prima es subdivideixen en diverses categories segons els materials semiconductors dipositats en ell, entre els més comuns trobem:

  • Silici amorf, en el qual els àtoms de silici es dipositen químicament en forma amorfa, o estructuralment desorganitzats, sobre la superfície de suport. Aquesta tecnologia utilitza quantitats molt petites de silici (gruixos de l'ordre de micres). Els mòduls de silici amorf generalment mostren una eficiència menys constant de les altres tecnologies en comparació amb els valors nominals, tot i tenir garanties en línia amb el mercat. La dada més interessant es refereix al EROEI, que proporciona valors molt alts (en alguns casos fins i tot arriba a 9), el que demostra l'eficiència econòmica d'aquesta tecnologia.
  • Tel·lurur de cadmi (CdTe): aquests són panells solars més prims amb un preu més baix i una menor eficiència termodinàmica.
  • El sulfur de cadmi microcristalino (CdS), que té costos de producció molt baixos a causa de que la tecnologia utilitzada per a la seva producció no requereix l'assoliment de les temperatures molt altes requerides en lloc de la fusió i purificació del silici. S'aplica a un suport de metall per a recobriment per polvorització, és a dir, es polvoritza literalment com una pintura. Entre els desavantatges associades amb la producció d'aquest tipus de cèl·lules fotovoltaiques està la toxicitat del cadmi i la baixa eficiència del dispositiu.
  • Arseniür de gal·li (GaAs), es tracta d'un aliatge binari amb propietats semiconductores, capaç de garantir rendiments molt alts, a causa de la propietat de tenir una bretxa directa (a diferència del silici). S'utilitza principalment per a aplicacions militars o científiques avançades (com a missions d'exploració planetàries automatitzades o fotodetectors especialment sensibles). No obstant això, el cost prohibitiu del material monocristal·lí a partir del qual es fabriquen les cèl·lules ho ha destinat a un ús específic.
  • Diselenuro de coure indi (CIS), amb una opacitat que va del 100% al 70% obtinguda a través d'orificis fets directament en la pel·lícula.
  • Indi coure gal·li diselenuro (CIGS)
  • Heterojunction, literalment unió entre diferents substàncies, en la qual s'empra una capa de silici cristal·lí com a superfície de suport d'una o més capes amorfes o cristal·lines, cadascuna de les quals està optimitzada per a una subbanda de radiació específica;
  • El silici microesférico, en què s'utilitza silici policristal·lí reduït en esferes amb un diàmetre d'aproximadament 0,75 mm engabiat en un substrat d'alumini;

Variants propietàries

De les tecnologies esmentades, només ho amorf i el microesférico permeten la flexió del mòdul: en el cas del que amorf no hi ha l'estructura cristal·lina del material per evitar que es doble, en el cas del que microesférico no és la cèl·lula (esfera) que es doblega, però la reixa de niu d'abella en la qual es col·loca.

Construcció dels mòduls fotovoltaics

El silici cristal·lí i l'arsenur de gal·li són les eleccions típiques de materials per a les cèl·lules solars. Els cristalls de arsenur de gal·li es creen especialment per a usos fotovoltaics, però els cristalls de silici també es produeixen per al consum de la indústria de la microelectrònica.

El silici policristal·lí té un menor percentatge de conversió, però a un cost reduït.

panells fotovoltaics

Quan s'exposa a una llum directa d'1 AU, una cel·la de silici de 6 centímetres de diàmetre pot produir un corrent de 0,5 amperes a 0,5 volts. El arsenur de gal·li és més eficient.

Els jocs de panells solars poden produir electricitat per a llocs aïllats que tenen bona il·luminació.

El cristall es talla en petits discos, es poleix per eliminar el perill de tall, els dopants s'insereixen en els discos i els controladoresMetálicos es dipositen en cada superfície: un petit connector en la superfície que mira al sol i un connector a l'altre costat. Els mòduls solars estan construïts amb aquestes cèl·lules tallades en formes apropiades, protegides contra la radiació i danyades mitjançant l'aplicació d'una capa de vidre i cimentades sobre un substrat (ja sigui un panell rígid o flexible).

Les connexions elèctriques es realitzen en sèrie-paral·lel per determinar el voltatge de sortida total. La capa protectora ha de ser un conductor tèrmic, perquè la cèl·lula entra quan absorbeix l'energia infraroja del sol que no es converteix en energia elèctrica. Com l'escalfament de la cel redueix l'eficiència operativa, és desitjable reduir aquesta calor. El resultat d'aquesta construcció es diu mòdul fotovoltaic o panell solar.

Un panell solar és un conjunt de cèl·lules solars. Tot i que cada cèl·lula solar proporciona una quantitat relativament petita d'energia, un conjunt de cèl·lules solars disseminades en una àrea gran pot generar suficient energia per a ser útil. Per rebre la major quantitat d'energia, els panells solars han de dirigir-se directament al sol.

valoración: 3 - votos 6

Última revisió: 30 de octubre de 2018

Tornar