Cum funcționează panourile solare fotovoltaice?
Cu toții am văzut panouri solare fie pe casele din cartierul nostru, fie pe diferite clădiri, dar știți cum funcționează de fapt acestea pentru a genera electricitatea necesară unei locuințe? Celulele fotovaltice sunt responsabile de generarea energiei prin intermediul panourilor solare, iar în acest articol îți vom explica ce sunt și cum contribuie ele în acest proces.
Ce este o celulă fotovaltică?
O celulă fotovoltaică (PV), cunoscută și sub numele de celulă solară, este o componentă electronică care generează electricitate atunci când este expusă la fotoni sau particule de lumină.
Fotovoltaica este transformarea directă a luminii în energie electrică la nivel atomic. Unele materiale prezintă o proprietate cunoscută sub numele de efect fotoelectric care le face să absoarbă fotonii luminii și să elibereze electroni. Ei bine, când acești electroni liberi sunt absorbiți, rezultă un curent electric care poate fi folosit ca energie electrică.
Abia în anii 1960 celulele fotovoltaice și-au găsit prima aplicație practică în tehnologia satelitului. Panourile solare, care sunt alcătuite din module de celule fotovoltaice, au început să sosească pe acoperișuri la sfârșitul anilor 1980. Capacitatea fotovoltaică a crescut constant de la începutul secolului al XXI-lea, condusă de construcția de ferme solare uriașe.
Ce este efectul fotovoltaic și cum funcționează el?
O celulă fotovoltaică funcționează în trei etape:
- Lumina este absorbită și eliberează electronii
În momentul în care lumina lovește o celulă fotovoltaică, fotonii sunt absorbiți de materialul semiconductor din care este fabricat.
- Electronii liberi curg, creând un curent
Pentru a produce un curent electric, electronii trebuie să curgă în aceeași direcție. Acest lucru se realizează folosind două tipuri de siliciu: unul este dopat cu atomi de fosfor, care are un electron mai mult decât siliciul, în timp ce cealaltă parte este dopată cu atomi de bor, care are un electron mai puțin.
- Curentul este captat și transferat pe fire
Când electronii sunt excitați de fotoni, se creează un flux de electricitate cunoscut sub numele de curent continuu. În momentul în care curentul electric este generat de electronii slăbiți, plăcile metalice de pe celulele solare colectează acei electroni și îi transferă pe fire. Astfel, electronii pot circula sub formă de energie electrică prin cabluri către un invertor solar, iar apoi în întreaga casă.
Acești pași generali sunt modalitatea de bază prin care energia solară este convertită în energie electrică utilizabilă de către panourile solare.
Care sunt principalele tipuri de celule solare?
Sunt 2 tipuri de celule solare principale care se utilizează astăzi: monocristaline și policristaline. Bineînțeles, există și alte modalități de a face celule fotovoltaice, însă acestea sunt cele mai comune opțiuni rezidențiale și comerciale.
Celule solare din siliciu: monocristaline și policristaline
Celulele din siliciu reprezintă mai mult de 95% din piața celulelor solare. În aplicațiile comerciale, eficiența acestora variază de la 16,5% la 22%, în funcție de tehnologia utilizată.
O celulă solară monocristalină este realizară dintr-un singur cristal al elementului siliciu, iar celulele solare din siliciu policristalin sunt realizate din mai multe cioburi de cristale de siliciu topit. Acest mod de obținere dintre celulele monocristaline și policristaline este factorul cheie a diferențierii lor. În ceea ce privește eficiența acestora, celulele solare monocristaline utilizează un singur cristal aliniat de siliciu în urma căruia rezultă un flux mai ușor pentru electronii generați prin efectul fotovoltaic. Din cauză că celulele policristaline au cioburi de siliciu aliniate în mai multe direcții diferite face ca fluxul de electricitate să fie puțin mai dificil.
În ciuda acestor criterii, panourile solare care sunt realizate din celule solare policristaline sunt în mod normal mai puțin costisitoare decât cele monocristaline. Probabil te întrebi de ce. Ei bine, procesul de fabricare a unei celule policristaline este mai simplu și necesită mai puține procese specializate spre deosebire de cele monocristaline.
Alte tipuri de celule solare
Există posibilitatea să se depună material semiconductor în straturi subțiri de numai câțiva microni grosime pe un substrat precum sticlă sau plastic. Substanțele utilizate pentru producerea celulelor fotovaltice sunt în mod obișnuit telurura de cadmiu și seleniura de cupru indiu galiu (CIGS), ale căror eficiențe de laborator sunt apropiate de cea a siliciului, la 22,1% și, respectiv, 23,3%. Siliciul amorf (necristalin) poate fi, de asemenea, utilizat pentru realizarea de celule cu peliculă subțire. Această tehnologie a fost aplicată de mult timp în calculatoarele mici, dar este mai puțin eficientă decât siliciul.
Celule solare organice folosite pentru panourile solare nu sunt încă viabile comercial, însă ele au aproape aceleași beneficii ca panourile cu peliculă subțire. Totuși, diferența dintre cele 2 tipuri de celule o constituie compoziția lor: cele cu peliculă subțire sunt fabricate din siliciu sau alți semiconductori similari, iar celulele solare organice sunt fabricate din materiale pe bază de carbon.
Știm deja că panourile solare s-au dovedit a fi o soluție de viitor și tot mai multă lume a ajuns să opteze pentru ele, însă dacă nu ești în temă cu acest subiect, am scris un articol întreg despre asta aici.
