Les plaques solars són els elements més essencials de les instal·lacions solars. La funció duna placa solar en una instal·lació fotovoltaica és transformar lenergia solar en electricitat. També reben el nom de panells fotovoltaics.
Els panells solars fotovoltaics es poden utilitzar per generar energia elèctrica tant per a ús domèstic com per a usos comercials. Normalment, les instal·lacions de panells solars industrials estan connectades a la xarxa elèctrica i tota l'electricitat generada se subministra a la xarxa.
Els panells fotovoltaics estan formats per un conjunt de cel·les fotovoltaiques interconnectades entre elles. Les configuracions més habituals són els panells solars de 60 cèl·lules i els de 72 cèl·lules.
L'equivalent a l'energia solar tèrmica són els col·lectors solars. Els col·lectors solars són els panells solars que, mitjançant les lleis de la termodinàmica, aprofiten la calor del Sol per obtenir calor.
Què són els kits solars?
Els kits solars són el conjunt d'elements necessaris per a la instal·lació d'energia solar fotovoltaica a un habitatge. A lhora de comprar panells solars és interessant considerar lopció de comprar kits solars perquè són molt fàcils dinstal·lar i la majoria de proveïdors els venen amb diversos anys de garantia.
La resta dels elements del sistema fotovoltaic s'encarregaran de gestionar i transformar aquesta tensió en corrent altern, si calgués. La composició dels kits solars varia en funció del tipus de kit però els elements més importants que habitualment contenen:
Plaques solars.
Elements estructurals.
Inversors de corrent.
Bateries.
Cables de connexió.
Com genera l'electricitat mitjançant plaques fotovoltaiques?
Les cèl·lules solars que componen una placa solar estan compostes per uns materials semiconductors. Quan els fotons que componen la llum xoquen contra els àtoms del material, provoquen el desplaçament d'un electró; que és el que s'anomena efecte fotovoltaic. La suma delectrons en moviment genera un corrent elèctric en forma de corrent continu.
Connexió de diverses plaques solars
Les plaques solars fotovoltaiques es poden unir entre elles de dues maneres:
Connexió en paral·lel. Aquest tipus de connexió es fa amb unió per una part dels pols positius i, de l'altra, dels negatius. La unió en paral·lel entre els panells solars proporciona una tensió igual a la del mòdul (12-18 V)
Connexió en sèrie. La forma de connectar en sèrie dues o més plaques solars és connectant pol positiu de la primera amb negatiu de la segona i successivament. La unió en sèrie dóna una tensió igual a la suma de la de cada mòdul (per exemple 12 V, 24 V, 36 V, etc.), depenent del nombre de plaques interconnectades.
Quina tecnologia es fa servir als panells solars?
El silici és el material més utilitzat per a la construcció de mòduls fotovoltaics. El silici s'obté en hòsties que després s'uneixen per formar cèl·lules fotovoltaiques.
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 són presents, es tallen amb lingots cilíndrics, és difícil cobrir-hi superfícies esteses sense desaprofitar material o espai.
El silici policristal·lí: cèl·lules més barates, però menys eficients (15-17%), l'avantatge de les quals rau en la facilitat amb què és possible tallar-les en 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 vol dir 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 nanocristal·lí (amb dominis cristal·lins de l'ordre nanomètric) té gairebé el mateix interval de banda Si-c, els dos materials es poden combinar creant una cèl·lula fotovoltaica en capes. A la capa superior Si-a absorbeix la llum visible i deixa la porció infraroja de l'espectre a la cel·la de silici nanocristal·lina 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 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 molt convenient. Tot i això, els tints utilitzats en aquestes cèl·lules pateixen problemes de degradació quan s'exposen a la calor oa la llum ultraviolada. Tot i aquest problema, aquesta és una tecnologia emergent amb un impacte comercial esperat d'aquí a 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.
Quins materials es fan servir per a les estructures de les plaques solars?
Quan s'utilitza una estructura de suport dels mòduls solars, convé fer servir materials que presentin bones propietats mecàniques, a més d'una gran durabilitat, tenint en compte la llarga vida útil de les instal·lacions. Normalment, els elements de suport són de:
Alumini anoditzat (de poc pes i gran resistència)
Ferro galvanitzat (apropiat per a grans càrregues
Acer inoxidable (per a ambients molt corrosius, és el de més qualitat i preu més elevat)
Estructures de fusta
També hi ha la possibilitat de realitzar les estructures dels mòduls fotovoltaics amb fusta, degudament tractada.
Les estructures de fusta han de tenir unes operacions mínimes de manteniment i han de presentar unes condicions acceptables per a aquest ús. Les peces de fixació, com ara els cargols, haurien de ser sempre d'acer inoxidable.
Ubicació i orientació de les plaques solars
L'orientació i la inclinació més apropiades a cada emplaçament depèn de la latitud i de l'època de l'any. El més aconsellable és un estudi de radiació solar rebuda per a cada emplaçament.
A l'hemisferi nord, per exemple, cal orientar les plaques, en direcció sud i amb una inclinació determinada.
D'altra banda, la inclinació dels mòduls variarà en funció de les necessitats energètiques previstes i del període d'utilització per tal de fer un balanç estacional (hivern, estiu) o anual.
Les plaques solars es poden instal·lar en suports mòbils per variar lorientació cap al Sol o en estructures triangulars fixes.
Com es pot millorar el rendiment dels mòduls fotovoltaics?
En determinats casos, per tal d'augmentar els rendiments del sistema de captació, es pot optar per les tècniques següents:
Seguidors solars. Dotar de moviment lestructura suport amb uns sistemes de seguiment solar.
Difracció de la llum. La difracció és un fenomen característic de les ones que es basa en la desviació d'aquestes en trobar un obstacle o en travessar una escletxa.
Seguidors solars
Els seguidors solars funcionen mitjançant un motor normalment associat a un ordinador que, segons la data i l'hora del dia, ajusta l'orientació dels panells, ja sigui respecte d'un o dels dos eixos del pla que conté el panell. Aquests sistemes són, naturalment, més complexos i impliquen una despesa més gran i un manteniment més elevat.
Difracció de la llum
El fenomen de difracció de la llum permet obtenir panells fotovoltaics amb un índex de transparència superior a l'aparent, ja que l'ombra projectada per cada cèl·lula a l'interior de l'edifici és inferior a la superfície que ocupa.
Això implica que el panell solar es percep sensiblement més opac des de l'exterior que no pas des de l'interior.
És possible, a més, obtenir una transparència més gran si, dins d'una mateixa placa, s'augmenta la distància entre les cèl·lules.
Com està compost un placa fotovoltaica?
La placa fotovoltaica està dissenyada per suportar les condicions que es donen a l'aire lliure i poder formar part de la pell de l'edifici. La seva vida útil és considerada de 25 anys.
Les cèl·lules s'encapsulen en una resina, i es col·loquen entre dues làmines per formar els mòduls fotovoltaics. La làmina exterior és de vidre i la posterior pot ser de plàstic opac o de vidre, si es vol fer un mòdul semitransparent.
El silici cristal·lí i l'arseniur de gal·li són les eleccions típiques de materials per a les cèl·lules solars. Els vidres d'arseniur de gal·li es creen especialment per a usos fotovoltaics, però els vidres 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.
Quan s'exposa a una llum directa de 1 AU, una cel·la de silici de 6 centímetres de diàmetre pot produir un corrent de 0,5 ampers a 0,5 volts. L'arseniür de gal·li és més eficient.
El vidre es talla en discs petits. Es poleix per eliminar el perill de tall. Els dopants s'insereixen als discos. Els controladors metàl·lics es dipositen a cada superfície: un petit connector a la superfície que mira al sol i un connector a l'altra banda. Els mòduls solars estan construïts amb aquestes cèl·lules tallades en formes apropiades, protegides contra la radiació i danyades mitjançant 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 no ha de ser conductor tèrmic. Com que l'escalfament de la cel·la redueix l'eficiència operativa, és desitjable reduir aquesta calor.
Cost de les plaques solars
Actualment, els costos associats amb els mòduls solars esdevenen barats en 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's en un futur molt proper, però a la llarga la tendència és un augment en l'ús d'aquest tipus d'energia renovable.
Les plaques solars fotovoltaiques com a element constructiu
Les plaques solars emprades en sistemes connectats a la xarxa no són diferents de les utilitzades per sistemes autònoms. Les que s'integren als edificis són normalment mòduls estàndard.
Les plaques fotovoltaiques poden ser, doncs, tractades com a element constructiu i ser combinades amb altres materials en mòduls prefabricats de gran superfície (actualment es fabriquen fins a 14 m²).
Són apropiades per a la formació de façanes, la millor orientació de les quals és la sud, tot i no ser important la influència d'una desviació d'entre 30º i 45º cap a l'est o l'oest al còmput anual de captació d'energia.
