Conversia energiei luminoase în energie electrică

Energia fotovoltaica

Energia radiatiei solare: este forma de energie care, la scara timpului, conceputa in raport cu viata pe Pamant, este inepuizabila. Cantitatea de energie primita de la soare corespunde anual cifrei de 1,5 miliarde de milioane de MWh, ceea ce reprezinta circa 23 000 de ori consumul actual de energie, sau de 5 - 10 ori ansamblul tuturor rezervelor de combustibili fosili cunoscuti, inclusiv minereul de uraniu. Disponibilitatea acestei energii depinde de ciclul zi-noapte, de latitudinea locului unde este captata, de anotimpuri si de patura noroasa. Energia solara termica se bazeaza pe producerea de apa calda utilizata in cladiri, sau in scopul de a permite actionarea turbinelor ca si in cazul centralelor termice clasice, pentru productia de electricitate, cu randamentul net intradevar mic, de 15%. Energia solara fotovoltaica se bazeaza pe producerea directa de electricitate prin intermediul celulelor cu siliciu. Atunci cand straluceste si atunci cand conditiile climatice sunt favorabile, soarele furnizeaza o putere de 1 kW/mp. Panourile fotovoltaice permit convertirea directa in electricitate a 10-15% din aceasta putere. De ex. un acoperis fotovoltaic de 5x4 metri are o putere de 3kW si produce 2 - 6 MWh/an.

Energia solara fotovoltaica era foarte putin semnificativa in 1999. Cresterea insa a acestei filiere se dovedeste a avea importanta: intre 2002 si 2003, ea a atins 43,4%. Puterea instalata in cadrul Uniunii Europene, a fost in 2003, de 562,3 MW. In fruntea listei tarilor Uniunii Europene se afla Germania (397,6 MW), Olanda (48,63 MW), Spania (27,26 MW) si Italia (26,02 MW). Pentru comparatie, iata aici puterile instalate in cateva alte tari, in 2003: Franta (21,71 MW), Portugalia (2,07 MW) si Belgia (1,06 MW). Se remarca faptul ca nu tarile aflate in sudul Europei dezvolta cel mai mult filiera fotovoltaica. Efectul fotoelectric, respectiv transformarea energiei solare ("foton") in energie electrica("volt") a fost descoperitin 1839 de fizicianul A. Becquerel. Acest efect se bazeazape trei fenomene fizice simultane, strans legate intre ele:

-Absorbtia luminii de catre materiale ;

-Transferul energie de la fotoni la sarcinile electrice;

-Colectarea sarcinilor.

Absorbtia luminii

Fotonii compun lumina. Acestia pot penetra anumite materiale, sau chiar sa le traverseze. In general, o razade luminacare atinge suprafata unui mediu, poate suporta treifenomene optice: Reflexia: lumina este "intoarsa" de catre suprafata; Transmisia: lumina traverseazaobiectul; Absorbtia: lumina penetreazaobiectulsi nu il mai paraseste, energia fiind restituita intr-o alta forma. Intr-un material fotoelectric, o parte a energiei fluxului luminos va fi restituita sub forma de energie electrica. Trebuie deci ca materialul sa aiba capacitatea de a absorbi lumina vizibila, aceasta fiind ceea ce se doreste a se converti: lumina solara sau a altor surse artificiale.

Cum se transforma energia luminoasa in electricitate?

Sarcinile elementare ce vor determina aparitia unui curent electric in urma iluminarii, sunt electroni (sarcini negative elementare, continuti de materialele semiconductoare). Fotonii vor ceda energia lor, electronilor periferici, ceea ce le va permite sa se elibereze de atractia exercitata de nucleu. Acesti electroni eliberati vor putea forma un curent electric, daca sunt extrasi din material.

Colectarea sarcinilor

Pentru ca sarcinile eliberate prin iluminare sa genereze energie, trebuie ca acestea sa circule. Trebuie deci extrase din materialul semiconductor si creat un circuit electric.Aceasta extractie a sarcinilor se realizeaza prin intermediul unei jonctiuni create special in semiconductor. Scopul este de a crea un camp electric in interiorul materialului, care va antrena sarcinile negative intr-un sens, iar pe cele pozitive in celalalt sens. Aceasta se realizeaza prin doparea semiconductorului. Jonctiunea unei fotocelule cu siliciu este constituita dintr-o parte dopata cu fosfor (P), numita de tip "n", alipita unei parti dopate cu bor (B), numita de tip "p". La frontiera celor doua parti se creaza campul electric care separa sarcinile pozitivesi cele negative.