Un panell solar (o placa solar) és un dispositiu que captura lenergia radiant del sol i la converteix en una altra forma denergia utilitzable. Hi ha dos tipus principals de panells solars: fotovoltaics i tèrmics.
Un panell solar fotovoltaic està compost per cel·les solars fotovoltaiques que contenen materials semiconductors capaços de convertir la llum solar en electricitat. Aquestes cel·les absorbeixen els fotons de llum solar i alliberen electrons, generant així un corrent elèctric de corrent continu (CC). Les plaques fotovoltaiques es fan servir per produir electricitat i es poden trobar en sistemes residencials, comercials i industrials.
Per altra banda, un panell solar tèrmic està dissenyat per aprofitar lenergia tèrmica del sol i escalfar aigua o altres fluids. Aquests panells tèrmics estan compostos per col·lectors solars que absorbeixen l'energia solar i transfereixen la calor a l'aigua o el fluid circulant. Els panells solars tèrmics sutilitzen principalment per escalfar aigua en aplicacions residencials, comercials i industrials, i poden contribuir significativament a la reducció del consum denergia convencional per a lescalfament daigua.
Panells fotovoltaics: generació elèctrica
Els panells fotovoltaics estan dissenyats per a la producció delectricitat. Aquest tipus de panells està compost per petites cel·les solars que converteixen la radiació del Sol en energia elèctrica gràcies a l'efecte fotovoltaic.
Aquest tipus de placa solar està compost per materials semiconductors que normalment són derivats del silici. Els panells es construeixen interposant dues capes de silici on cadascuna està tractada d'una forma especial per generar un camp elèctric.
Quan un fotó de la llum impacta contra aquestes capes, fa saltar un electró d'un àtom de silici. Els electrons solts flueixen en la mateixa adreça generant un corrent elèctric a causa del camp elèctric creat.
Els panells solars fotovoltaics generen electricitat en forma de corrent continu i habitualment van companys de convertidors de corrent per obtenir corrent altern.
Com funciona? L'efecte fotovoltaic
Els panells fotovoltaics funcionen gràcies a l'efecte fotovoltaic, un fenomen físic que permet convertir la llum solar en electricitat. Aquest efecte es produeix en certs materials semiconductors, com el silici, que són capaços de generar un corrent elèctric quan són exposats a la llum.
Cada panell fotovoltaic està compost per moltes cel·les solars, que són les unitats bàsiques on passa l'efecte fotovoltaic. Quan la llum solar incideix sobre una cel·la solar, els fotons (partícules de llum) transfereixen la seva energia als electrons del material semiconductor. Aquesta energia addicional permet que els electrons s'alliberin dels seus àtoms, creant parells electró-buit (el buit és l'absència d'un electró). A causa de l'estructura de la cel·la, els electrons lliures es desplacen cap a un costat del semiconductor, mentre que els buits es mouen cap al costat oposat, generant una diferència de potencial elèctric o voltatge.
Aquest moviment d'electrons genera un corrent continu que es pot utilitzar directament per alimentar dispositius elèctrics o, mitjançant un inversor, convertit en corrent altern per a ús en llars o indústries. Així, els panells fotovoltaics transformen l'energia solar en energia elèctrica de manera neta i sostenible.
Materials utilitzats
En general les cel·les solars estan compostes per silici cristal·lí o arseniur de gal·li. Els vidres d'arseniur de gal·li es creen per a aquests usos, mentre que els vidres de silici també es produeixen per al consum de la indústria de la microelectrònica.
Depenent de la configuració del silici de les cel·les solars, les plaques fotovoltaiques es classifiquen en policristal·lines, monocristal·lines i plaques solars de capa fina. Les diferències principals entre elles són el cost i l'eficiència.
Tècnica de construcció
Una cel·la de silici de 6 cm exposada a una llum directa de 1 AU pot produir un corrent de 0,5 ampers a 0,5 volts. L'arseniur de gal·li és encara més eficient que el silici.
El vidre es talla en petits discos i es poleix per eliminar el perill de tall. Després, s'insereixen els dopants als discos i 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.
Les plaques solars estan construïdes amb aquestes cèl·lules tallades en formes apropiades. A més, estan protegides contra la radiació i altres danys en aplicar 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 i han de tenir una capa protectora ha de ser un conductor tèrmic.
Cèl·lules fotovoltaiques que componen un panell solar
Tot i que cada cèl·lula fotovoltaica proporciona poca quantitat d'energia, un conjunt de cèl·lules solars pot generar prou energia per ser útil.
Les configuracions més habituals de cèl·lules solars són les següents
-
Panells solars de 36 cèl·lules: aquest tipus de panell és el més compacte del mercat i l'opció més recomanada en instal·lacions petites aïllades. Les 36 cèl·lules solars per a generen una tensió de sortida de 12 volts.
-
Panells solars de 60 cèl·lules. Utilitza 60 cèl·lules solars per obtenir una tensió de sortida superior a 24 V.
-
Panells solars de 72 cèl·lules. Aquest tipus de mòdul fotovoltaic connecta 72 cèl·lules solars per obtenir una tensió superior a 24V i s'utilitzen principalment en instal·lacions de connexió a la xarxa elèctrica.
Col·lectors solars: generació de calor
Els col·lectors solars formen part de les instal·lacions denergia solar tèrmica.
La seva funció és aprofitar lenergia calorífica del sol per escalfar un líquid.
Aquest tipus de panell solar funcionen fent circular un fluid dins seu. El plafó capta l'energia calorífica del sol. Aquest fluid s'escalfa en circular per dins del col·lector.
Tipus de col·lectors solars
Hi ha diversos tipus de col·lectors solars, cadascun dissenyat per a aplicacions específiques segons la temperatura que cal assolir:
- Col·lectors de baixa temperatura :
Col·lectors solars plans : Són els més comuns i consisteixen en una superfície plana que absorbeix la radiació solar. Són ideals per a aplicacions com escalfament daigua per a ús domèstic o calefacció.
Col·lectors de tubs de buit : Aquests col·lectors tenen una major eficiència que els plans, especialment en climes freds. Estan formats per tubs que contenen un buit al seu interior, cosa que redueix les pèrdues de calor. - Col·lectors d'alta temperatura :
Concentradors solars de mirall parabòlic : Utilitzen miralls parabòlics per concentrar la radiació solar en un petit receptor, augmentant així la temperatura. S'utilitzen en aplicacions industrials o generació d'electricitat.
Miralls plans o lents Fresnel lineals : Aquestes tecnologies també concentren la radiació solar, però amb un disseny diferent al parabòlic, i són emprats en aplicacions on es requereix alta temperatura. - Col·lectors de molt alta temperatura :
Centrals solars tèrmiques : En aquestes instal·lacions, s'utilitzen camps de miralls plans orientables que reflecteixen la radiació solar cap a un únic punt focal. Aquest tipus de col·lectors és capaç dassolir temperatures extremadament altes i sutilitzen principalment en la generació delectricitat a gran escala.
Exemples d'usos i aplicacions
La instal·lació de panells solars ofereix la capacitat de generar electricitat o calor, fet que amplia les possibilitats d'ús en una varietat d'aplicacions.
-
Electrònica portàtil: Els panells solars sutilitzen per subministrar electricitat i recarregar bateries en dispositius electrònics de consum, com calculadores i dispositius portàtils.
-
Càrrega de vehicles elèctrics: Els automòbils elèctrics poden carregar les bateries amb energia solar. Això es pot aconseguir mitjançant panells solars incorporats al vehicle o en estacions de càrrega.
-
Energia per a edificis: A regions tropicals i subtropicals amb abundant llum solar, els panells solars de grans dimensions, com els col·lectors solars, s'utilitzen per proveir d'energia a edificis i habitatges.
-
Aplicacions espacials: Les naus espacials empren bateries solars com a font principal de generació elèctrica. Aquestes bateries són altament eficients i sostenibles, en contrast amb les fonts denergia nuclear i radioisòtops.
Les aplicacions principals dels col·lectors solars són:
-
Aigua calenta sanitària: Els col·lectors solars s'empren per escalfar aigua utilitzada a llars i edificis, reduint així la necessitat de sistemes d'escalfament convencionals.
-
Sistemes de calefacció: Proporcionen calor per a sistemes de calefacció en habitatges i edificis, cosa que disminueix la dependència de fonts de calor tradicionals.
-
Producció d'electricitat a gran escala: A centrals tèrmiques de vapor, els col·lectors solars s'utilitzen per generar electricitat a gran escala, aprofitant la radiació solar com a font de calor.