Panouri fotovoltaice
O celula solara consta din doua sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai întâlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsa între 0,001 si 0,2 mm si sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma jonctiuni „p” si „n”. Aceasta structura e similara cu a unei diode. Când stratul de siliciu este expus la lumina se va produce o „agitatie” a electronilor din material si va fi generat un curent electric.
Celulele, numite si celule fotovoltaice, au de obicei o suprafata foarte mica si curentul generat de o singura celula este mic dar combinatii serie, paralel ale acestor celule pot produce curenti suficient de mari pentru a putea fi utilizati în practica. Pentru aceasta, celulele sunt încapsulate în panouri care le ofera rezistenta mecanica si la intemperii.Clasificare

Celulele solare pot fi clasificate dupa mai multe criterii. Cel mai folosit criteriu este dupa grosimea stratului materialului. Aici deosebim celule cu strat gros si celule cu strat subtire.
Un alt criteriu este felul materialului: se întrebuinteaza, de exemplu, ca materiale semiconductoare combinatiile CdTe, GaAs sau CuInSe, dar cel mai des folosit este siliciul.
Dupa structura de baza deosebim materiale cristaline(mono-/policristaline) respectiv amorfe.
În fabricarea celulelor fotovaltaice pe lânga materiale semiconductoare, mai nou, exista posibiltatea utilizarii si a materialelor organice sau a pigmentilor organici.Materiale

1.    Celule pe baza de siliciu
o    Strat gros
Celule monocristaline (c-Si) randament mare – în productia în serie se pot atinge pâna la peste 20 % randament energetic, tehnica de fabricatie pusa la punct; totusi procesul de fabricatie este energofag, ceea ce are o influenta negativa asupra periodei de recuperare (timp în care echivalentul energiei consumate în procesul de fabricare devine egal cantitatea de energia generata).
Celule policristaline (mc-Si)
la productia în serie s-a atins deja un randament energetic de peste la 16 %, cosum relativ mic de energie în procesul de fabricatie, si pâna acum cu cel mai bun raport pret – performanta.
o    Strat subtire
Celule cu siliciu amorf (a-Si)
cel mai mare segment de piata la celule cu strat subtire; randament energetic al modulelor de la 5 la 7 %; nu exista strangulari în aprovizionare chiar si la o productie de ordinul TeraWatt
Celule pe baza de siliciu cristalin, ex. microcristale (µc-Si)
în combinatie cu siliciul amorf randament mare; tehnologia aceeasi ca la siliciul amorf
Moduri de constructiePe lânga materia prima o importanta mare prezinta tehnologia utilizata. Se deosebesc diferite structuri si aranjamente în care se depun electrozii de acoperire transparenti a caror rezistenta nu este deloc neglijabila.
Alte tehnici vizeaza marirea eficientei asigurând absorbtia unui spectru de frecventa cât mai larg prin suprapunerea mai multor materiale cu diferite caracteristici de absorbtie. Se încearca selectarea materialelor în asa fel încât spectrul luminii naturale sa fie absorbit la maximum.
Actualmente celulele solare pe baza de materiale semiconductoare cele mai des comercializate sunt cel pe baza de siliciu.
Celulele solare pe baza de materiale semiconductoare utilizate pentru producerea de energie electrica sunt legate în module.

Pe un modul se afla mai multe rânduri de celule solare conectate în serie între ele pe fata si pe reversul modulului permitând, datorita tensiunii însumate, utilizarea unor conductori cu sectiune mai mica decât la legarea în paralel. Pentru protejarea unei celule solare împotriva efectului de avalansa în jonctiune, datorata potentialului mai mare (aparuta de exemplu la umbrirea partiala a modulului), trebuie incorporate paralel cu celulele solare diode de protectie(bypass).
Sistemele de panouri solare sunt înzestrate uneori cu mecanisme de orientare, panoul fiind în permanenta directionat pentru a exploata la maximum energia solara incidenta.
Randamentul termodinamic maxim teoretic pentru producerea de energie din lumina solara este de 85 %. Acesta se calculeaza din temperatura suprafetei soarelui(5800 °K), temperatura maxima de absorbtie(<2500 °K, tempertura de topire a materialelor greu fuzibile) si temperatura mediului înconjurator(300 °K).
Daca se utilizeaza doar o portiune din spectrul luminii solare, valoarea teoretica se reduce în functie de lungimea de unda, pâna la 5-35 %. Neutilizarea spectrului complet este una din dezavantajele celulelor solare fata de centralele solare termice.

Principiu de functionare

Celulele solare pe baza de materiale semiconductoare în principiu sunt construite ca niste fotodiode cu suprafata mare care însa nu se utilizeaza ca detectoare de radiatii ci ca sursa de curent.
Interesant la acest tip de semiconductoare este ca prin absorbtie de energie (caldura sau lumina) elibereaza purtatori de sarcina (electroni si goluri). Este nevoie de un câmp electrostatic intern pentru ca din acesti purtatori sa se creeze un curent electric dirijându-i în directii diferite.
Acest câmp electric intern apare în dreptul unei jonctiuni p-n. Pentru ca intensitatea fluxului luminos scade exponential cu adâncimea, aceasta jonctiune este necesar sa fie cât mai aproape de suprafata materialului si sa se patrunda cât mai adânc.Aceasta jonctiune se creeaza prin impurificarea controlata. Pentru a realiza profilul dorit, în mod normal se impurifica „n” un strat subtire de suprafata si „p” stratul gros de dedesubt în urma caruia apare jonctiunea. Sub actiunea fotonilor apar cupluri electron-gol în jonctiune, din care electronii vor fi accelerati spre interior, iar golurile spre suprafata. O parte din aceste cupluri electron-gol se vor recombina în jonctiune rezultând o disipare de caldura, restul curentului putând fi utilizat de un consumator, încarcat într-un acumulator sau prin intermediul unui invertor livrat în reteaua publica.

Tensiunea electromotare maxima la bornele unei celule solare (de exemplu la cele mai utilizate, celulele de siliciu cristaline) este de 0,5 V.
Structura celulelor solare se realizeaza în asa mod încât sa absoarba cât mai multa lumina si sa apara cât mai multe sarcini in jonctiune. Pentru aceasta electrodul de suprafata trebuie sa fie transparenta, contactele la acest strat sa fie pe cât posibil de subtiri, pe suprafata se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micsora gradul de reflexie a luminii incidente. Acestui strat antireflectorizant i se atribuie culoare negru-albastruie a celulelor solare care fara aceasta ar avea o culoare gri-argintie.
La celulele solare moderne se obtine din nitrat de siliciu prin procedeul PE-CVD(pe o suprafata încalzita se depun în urma unei reactii chimice componente extrase dintr-o faza gazoasa) un stratul antireflectorizant de cca 70 nm grosime (sfert de lungime de unda la un coeficient de refractie de 2,0). Se mai utilizeaza straturi reflectorizante din SiO2 si TiO2 ce se depun prin procedeul AP-CVD.
Grosimea stratului influenteaza culoarea celulei (culoarea de interferenta). Grosimea stratului trebuie sa fie cât se pote de uniforma, deoarece abateri de câtiva nanometri maresc gradul de reflexie. Celulele îsi datoreaza culoarea albastra realizarii unei grosimi ce corespunde lungimii de unda a culorii rosii, culorea cea mai bine absorbita de siliciu. În principiu însa în acest mod se pot realiza celule rosii, galbene, sau verzi la cerinte arhitectonice deosebite, dar vor avea un randament mai slab. În cazul nitratului de siliciu si a bioxidului de siliciu stratul antireflectorizant mai are si un rol de a reduce viteza de recombinare superficiala.

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (6 votes cast)
Celule solare fotovoltaice - definitii si descriere, 5.0 out of 5 based on 6 ratings