Optimizarea Constructală a Structurilor Fotovoltaice

Notiuni teoretice:

Celulele fotovoltaice

O celulă solară constă din două sau mai multe straturi de material

semiconductor, cel mai întâlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsă

între 0,001 şi 0,2 mm şi sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma

joncţiuni „p” şi „n”. Această structură e similară cu a unei diode. Când stratul de

siliciu este expus la lumină se va produce o „agitaţie” a electronilor din material şi

va fi generat un curent electric.

Celulele, numite şi celule fotovoltaice, au de obicei o suprafaţă foarte

mică şi curentul generat de o singură celulă este mic dar combinaţii serie, paralel

ale acestor celule pot produce curenţi suficient de mari pentru a putea fi utilizaţi

în practică. Pentru aceasta, celulele sunt încapsulate în panouri care le oferă

rezistenţă mecanică şi la intemperii.

Celulele solare pot fi clasificate după mai multe criterii. Cel mai folosit

criteriu este după grosimea stratului materialului. Aici deosebim celule cu strat

gros şi celule cu strat subţire.

Un alt criteriu este felul materialului : se întrebuinţează, de exemplu, ca

materiale semiconductoare combinaţiile CdTe, GaAs sau CuInSe, dar cel mai

des folosit este siliciul.

După structură de bază deosebim materiale cristaline(mono-/policristaline)

respectiv amorfe.

In fabricarea celulelor fotovoltaice pe lângă materiale semiconductoare,

mai nou, există posibiltatea utilizării şi a materialelor organice sau a pigmenţilor

organici.

Teoria constructala

"Teoria constructala" se bazeaza pe principiul potrivit caruia toate

lucrurile de pe planeta curg, tinzand spre perfectiune, astfel pentru ca un sistem

deschis (cu curgere), de dimensiuni finite, sa persiste in timp (sa

supravietuiasca), el trebuie sa evolueze, astfel incat sa asigure acces din ce in

ce mai usor curentilor care-l strabat.

„Conform teoriei constructale, forma globala a unui biosistem este

determinata «a priori ca directiva genetica», fiind supusa, în acelasi timp, în

decursul cresterii si evolutiei lui unor multiple interactii localeautoorganizatoare

- de optimizare a distributiei imperfectiunilor. Spre

3

exemplu, forma globala a unui os rezulta din optimizarile locale

determinate de biosenzorii ce masoara în permanenta presiunea exercitata

asupra osului, obligând osteoblastele sa depuna compusii de calciu în

zonele în care presiunea este mai ridicata. Spre deosebire de interpretarea

fractala - descriptiva -, perspectiva constructala este predictiva - sugerând

ca natura nu este fractala, ci constructala, evoluând antientropic prin

autoorganizare.” ( Adrian Bejan - „Shape and structure, from engineering to

nature“).

Ideea principala a teoriei constructale este ca orice sistem are ca

destinatie imperfectiunea. Avand in vedere aceasta idee cel mai bun lucru care

trebuie facut este sa optimizam distributia imperfectiunilor din sistem, astfel

aceasta va determina geometria sau forma sistemului studiat.

Calea constructala de distributie a imperfectiunilor sistemului este de a

pune un regim mai rezistiv la cea mai mica scala a acestuia. Legea constructala

este principiul care genereaza forma perfecta, care este ultima forma imperfecta

posibila.

O celulă fotovoltaica poate fi asimilata cu o dioda fotosensibila,

functionarea ei bazandu-se pe proprietatile materialelor semiconductoare. Celula

fotovoltaica permite conversia directa a energiei luminoase in energie electrica.

Principiul de functionare se bazează pe efectul fotoelectric.

De fapt, o celula este constituita din doua straturi subtiri de material

semiconductor. Cele doua straturi sunt dopate diferit:

- pentru stratul n, aport de electroni periferici;

- pentru stratul p, deficit de electroni.