Conversia energiei solare în energie electrică

1. Introducere

Sistemele fotovoltaice realizeaza conversia directa a energiei radiatiei solare in energie electrica, fara o poluare sonora si fara emisia unor gaze poluante in mediul ambiant. Sistemele fotovoltaice au fost folosite la inceput pentru a echipa satelitii, dupa aceea pe scara mai larga la echiparea ceasurilor electronice precum si a unor calculatoare. In ultimii 20 de ani sute de mii de sisteme fotovoltaice au fost instalate in toata lumea. Ele sunt folosite in orase mici, precum si in sate in care implementarea unui astfel de sistem este mai rentabila decat conectarea la reteaua electrica sau folosirea de baterii / minigeneratoare de curent. Astfel de sisteme au functionat perioade lungi de timp in domenii ca pomparea apei, electrificarea unor localitati sau case izolate, gestionarea unor rezerve de apa, aparate de taxat pentru parcari, telecomunicatii sau protectie catodica. Totusi, in ciuda succesului acestor sisteme in toata lumea piata lor reprezinta numai un procent mic din ceea ce ar putea reprezenta piata de sisteme independente. Motivul principal nu este atat unul care tine de tehnologie cat lipsa de informatie. Existenta sistemelor fotovoltaice si rentabilitatea implementarii lor, atat la nivel urban cat si rural nu este cunoscuta de potentialii utilizatori. Deasemenea, exista conceptii gresite privind tehnologia fotovoltaica, ca de exemplu ideea ca sistemele fotovoltaice functioneaza numai in lumina solara intensa, tehnologia este prea sofisticata sau ideea ca ar fi prea scumpa comparativ cu extinderea retelei electrice.

Un panou solar fotovoltaic spre deosebire de un panou solar termic transformă energia luminoasă din razele solare direct în energie electrică. Componentele principale ale panoului solar reprezintă celulele solare.

Panourile solare se utilizează separat sau legate în baterii pentru alimentarea consumatorilor independenţi sau pentru generarea de curent electric ce se livrează în reţeaua publică.

Un panou solar este caracterizat prin parametrii săi electrici cum ar fi tensiunea de mers în gol sau curentul de scurtcircuit.

Pentru a îndeplini condiţiile impuse de producerea de energie electrică, celulele solare se vor asambla în panouri solare utilizând diverse materiale, ceea ce va asigura:

- protecţie transparentă împotriva radiaţiilor şi intemperiilor

- legături electrice robuste

- protecţia celulelor solare rigide de acţiuni mecanice

- protecţia celulelor solare şi a legăturilor electrice de umiditate

- asigurare unei răciri corespunzătoare a celulelor solare

- proteţia împotriva atingerii a elementelor componente conducătoare de electricitate

- posibilitatea manipulării şi montării uşoare

2. Construcţia unui panou solar obişnuit

- Un geam (de cele mai multe ori geam securizat monostrat) de protecţie pe faţa expusă la soare,

- Un strat transparent din material plastic (etilen vinil acetat, EVA sau cauciuc siliconic) în care se fixează celulele solare,

- Celule solare monocristaline sau policristaline conectate între ele prin benzi de cositor,

- Caserarea feţei posterioare a panoului cu o folie stratificată din material plastic rezistent la intemperii fluorura de poliviniliden (Tedlar) şi Polyester,

- Priză de conectare prevăzută cu diodă de protecţie respectiv diodă de scurtcircuitare (vezi mai jos) şi racord,

- O ramă din profil de aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare şi montare, pentru fixare şi rigidizarea legăturii

Caracteristicile unui panou solar sunt:

- Tensiunea de mers în gol UOC

- Curent de scurtcircuit ISC

- Tensiunea în punctul optim de funcţionare UMPP

- Curentul în punctual de putere maximă IMPP

- Putere maximă PMPP

- Factor de umplere FF

- Coeficient de modificare a puterii cu temperatura celulei

- Randamentul celulei solare η

Incapsulare durabilă a elementelor componente are o importanţă foarte mare deoarece umiditatatea ce ar putea pătrunde ar afecta durata de viaţă a panoului solar prin coroziune şi prin scurtcircuitarea legăturilor dintre elementele prin care trece curent electric.

Dioda pentru mers în gol (Bypass)

Dacă se conectează mai multe module în serie, este necesar să montăm câte o diodă antiparalel cu fiecare panou. Curentul maxim şi tensiunea de străpungere ale diodei trebuie să fie cel puţin egale cu curentul şi tensiunea panoului. De multe ori se utilizează diode de redresare de 3 Amper / 100 Volt. Dioda pentru mers în gol este conectată la bornele de legătură ale fiecărui panou astfel încât în regim normal de funcţionare (panoul debitează curent) are la borne tensiune inversă (catodul diodei legat la polul pozitiv al panoului). Dacă panoul ar fi umbrit sau s-ar defecta nu ar mai debita curent, polaritatea tensiunii la borne s-ar schimba şi acesta s-ar defecta, sau în cel mai bun caz randamentul acelui lanţ de module ar scădea. Acest lucru este împiedicat de dioda bypass care preia curentul în acest caz.