Menu

Panells d'energia
solar fotovoltaica

Panell fotovoltaic

Panell fotovoltaic

Una panell fotovoltaic és un tipus de panell solar dissenyat per a l'aprofitament de l'energia solar fotovoltaica. La seva funció és transformar l'energia solar en electricitat. També rep el nom de mòdul fotovoltaic.

Els panells fotovoltaics es poden utilitzar per generar energia elèctrica tant en aplicacions domèstiques com en aplicacions comercials.

Els mòduls fotovoltaics estan formats per un conjunt de cel·les fotovoltaiques interconnectades entre elles. El panell fotovoltaic és l'encarregat de transformar d'una manera directa l' energia de la radiació solar en electricitat, en forma de corrent continu.

La resta dels elements de sistema fotovoltaic s'encarreguessin de gestionar i transformar aquesta tensió en corrent altern, si fos necessari. Aquesta funció la realitzen:

L'equivalent a la  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 de el Sol per obtenir calor.

On cal ubicació i orientar dels panells?

L'orientació i inclinació més apropiades en 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 de el període d'utilització, per tal de fer un balanç estacional (hivern, estiu) o anual.

Com es genera l'electricitat mitjançant plaques fotovoltaiques?

La cèl·lula solar només és capaç de generar una tensió d'unes dècimes de volt (+/- 0,5 V) i una potència màxima d'1 o 2 Watts. Per tant, cal connectar en sèrie diverses cèl·lules (que es comporten com petits generadors de corrent) per aconseguir tensions de 624 V, acceptades en moltes aplicacions.

Panell fotovoltaic

Les plaques fotovoltaiques produeixen electricitat en forma de corrent continu i solen tenir entre 20 i 40 cèl·lules solars. De totes maneres, és habitual que els mòduls estiguin formats per 36 cèl·lules per assolir els volts necessaris per a la càrrega de les bateries (12V).

Connexió de diverses plaques solars

Les plaques solars fotovoltaiques es poden unir entre elles de dues formes:

  • Connexió en paral·lel . Aquest tipus de connexió es es realitza 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 de la lliçó (12-18 V)
  • Connexió en sèrie . La forma de connectar en sèrie dues o més panells fotovoltaics 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 de el nombre de plaques interconnectades.

Quines són les diferents tecnologies 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 oa 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.

Quins materials s'utilitzen per a les estructures de les plaques solars?

Quan s'utilitza una estructura de suport dels mòduls solars, convé emprar 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 els cargols, haurien de ser sempre d'acer inoxidable.

Com es pot millorar el rendiment dels mòduls fotovoltaics?

En determinats casos, per tal d'augmentar els rendiments de el sistema de captació, es pot optar per les següents tècniques:

  1. Seguidors solars. Dotar de moviment l'estructura suport amb uns sistemes de seguiment solar.
  2. Difracció de la llum. La difracció és un fenomen característic de les ones que es basa en la desviació d'aquestes a l'trobar un obstacle o a l'travessar una escletxa.

seguidors solars

Els seguidors solars funcionen mitjançant un motor normalment associat a un ordinador que, segons la data i hora del dia, ajusta l'orientació dels panells, ja sigui respecte d'un o dels dos eixos de el plànol que conté el panell. Aquests sistemes són, naturalment, més complexes i impliquen una major despesa 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 des de l'interior.

És possible, a més, obtenir una major transparència si, dins d'una mateixa placa, s'augmenta la distància entre les cèl·lules.

Com està compost un mòdul fotovoltaic?

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 es considera 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'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.

Panell fotovoltaic

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 ampirios a 0,5 volts. El arsenur de gal·li és més eficient.

El cristall es talla en petits discos. Es poleix per eliminar el perill de tall. Els dopants s'insereixen en els discos. Els controladors metàl·lics es dipositen en cada superfície: un petit connector en la superfície que mira a el 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 c onexiones elèctriques  es realitzen en sèrie-paral·lel per determinar el voltatge de sortida total.

La  capa protectora no ha de ser un conductor tèrmic.   Com l'escalfament de la cel redueix l'eficiència operativa, és desitjable reduir aquesta calor.

cost

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.

Plaques fotovoltaiques com a element constructiu

Panell fotovoltaicLes plaques fotovoltaiques emprades en sistemes connectats a la xarxa no són diferents de les utilitzades per sistemes autònoms. Les que s'integren en els edificis són normalment mòduls estàndard.

Un problema habitual és el fet que poden arribar a configurar estructures independents, superposades a l'edifici, afegides sense respondre a criteris estètics. En el millor dels casos, s'integren en les façanes o la teulada. Per aquest motiu, a lgunes empreses han desenvolupat elements fotovoltaics integrats en els edificis  que poden substituir alguns elements tradicionals de l'arquitectura.

Les plaques fotovoltaiques poden ser, doncs, tractades com un 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 en el còmput anual de captació d'energia.

Autor:

Data de publicació: 2 de setembre de 2015
Última revisió: 9 de abril de 2020