Obre el menú principal

Canvis

cap resum d'edició
[[File: SolarpanelBp.JPG|thumb|350px|Panells solars.]]
 
Els '''panells solars fotovoltaics''', '''mòduls fotovoltaics '''o''' col·lectors solars fotovoltaics''' (anomenats de vegades [[Panell solar|panells solars]], encara que aquesta denominació inclou altres dispositius),<ref group="nota1">També anomenat ''mòdul'', ''placa'', ''captador'', ''plafó'' o ''col·lector solar fotovoltaic''</ref> estan formats per un conjunt de [[cèl·lula fotovoltaica|cel·les fotovoltaiques]] que produeixen [[electricitat]] a partir de la [[llum]] que incideix sobre ells ([[energia solar fotovoltaica|energia solar]]). El paràmetre estandarditzat per apoder classificar la seva potència s'anomena [[potència pic]], i es correspon amb la potència màxima que el mòdul pot lliurar sota unes condicions estandarditzades, que són una radiació de 1000 W/m² i una temperatura de cèlcel·lulala de 25 °C (és a dir, una temperatura ambient d'uns 5 °C). A temperatures ambientals superiors a 5 °C el rendiment dels panells disminueix. Per exemple, als Països Catalans el rendiment és un 10% inferior a causa de les condicions climàtiques.
 
== Tipus de panells fotovoltaics ==
* Cel·les TFS: com les usades a les calculadores. Són flexibles i es poden adaptar a formes diverses, com per exemple maons semicilíndrics.
* Cel·les cristal·lines
** Monocristal·lines: es componen de seccions d'un únic cristall de silici (forma circular o octogonal, on els 4 costats curts, si s'observa, s'aprecia que són corbs, pel fet que és una cèlcel·lulala circular retallada).
** Policristal·lines: estan formades per petites partícules cristall. No tenen aparença uniforme pel que fa al color, es veuen una mena d'aigües. Tampoc presenten espais buits. Són més econòmiques que les monocristal·lines però també menys eficients.
* De concentració (panell termo-fotovoltaic): permeten estalviar superfície i produeix aigua calenta a part d'electricitat. És més car que els panells plans.
El terme fotovoltaic prové del grec φώς: ''phos'', que significa "llum" i voltaic, que prové del camp de l'electricitat, en honor al físic italià [[Alessandro Volta]], (que també proporciona el terme [[volt]] a la unitat de mesura de la diferència de potencial en el [[Sistema Internacional]] de mesures). El terme fotovoltaic es va començar a utilitzar a Anglaterra des de l'any 1849.
 
L'[[efecte fotovoltaic]] va ser reconegut per primera vegada el 1839 pel físic francès [[Antoine Henri Becquerel]], però la primera cèlcel·lulala solar no es va construir fins a 1883. El seu autor va ser [[Charles Fritts]], qui va recobrir una mostra de [[seleni]] [[semiconductor]] amb un pa d'[[or]] per formar l'entroncament. Aquest primitiu dispositiu presentava una eficiència de només un 1%. [[Russell Ohl]] va patentar la cèlcel·lulala solar moderna l'any 1946, tot i que [[Sven Ason Berglund]] ja l'havia patentat, amb anterioritat, un mètode que tractava d'incrementar la capacitat de les cel·les fotosensibles.
 
L'era moderna de la tecnologia de potència solar no va arribar fins a l'any 1954 quan els Laboratoris Bell, van descobrir, de manera accidental, que els semiconductors de silici dopat amb certes impureses, eren molt sensibles a la llum.
 
Aquests avenços van contribuir a la fabricació de la primera cèlcel·lulala solar comercial amb una conversió de l'energia solar d'aproximadament el 6%. L'[[URSS]] va llançar el seu primer [[Satèl·lit artificial|satèl·lit espacial]] l'any 1957, i els EUA un any després. En el disseny d'aquest es van usar cel·les solars creades per [[Peter Illes]] en un esforç encapçalat per la companyia Hoffman Electronics.
 
La primera nau espacial que va usar panells solars va ser el satèl·lit nord-americà ''[[Vanguard 1]]'', llançat el març de 1958.<ref>{{ref-llibre|títol = Vanguard I - the World's oldest Satellite Still in Orbit|url = http:///code8200.nrl.navy.mil/vanguard.html|consulta = 12 d'agost de 2.008|llengua = anglès}}</ref> Aquesta fita va generar un gran interès en la producció i llançament de [[satèl·lits geoestacionaris]] per al desenvolupament de les comunicacions, en els quals l'energia provindria d'un dispositiu de captació de la llum solar. Va ser un desenvolupament crucial que va estimular la investigació per part d'alguns governs i que va impulsar la millora dels panells solars.
 
El 1970 la primera cèlcel·lulala solar amb heteroestructura d'[[arsenur de gal·li]] (GaAs) i altament eficient es va desenvolupar en l'extinta URSS per [[Zhora Alferov]] i el seu equip d'investigació.
 
La producció d'equips de deposició química de metalls per vapors orgànics o MOCVD (de l'anglès ''Metall Organic Chemical Vapor Deposition''), no es va desenvolupar fins als anys 80 del segle passat, limitant la capacitat de les companyies en la manufactura de cel·les solars d'arsenur de gali. La primera companyia que manufacturar panells solars en quantitats industrials, a partir d'unions simples de GaAs, amb una eficiència de AM0 (Air Mass Zero) del 17% va ser la nord-americana ASEC (de l'anglès ''Applied Solar Energy Corporation''). La connexió dual de la cel es va produir en quantitats industrials per ASEC el 1989, de manera accidental, com a conseqüència d'un canvi del GaAs sobre els substrats de GaAs a GaAs sobre substrats de [[germani]].
La tercera generació de cel·les fotovoltaiques que s'estan proposant en l'actualitat (2007) són molt diferents dels dispositius semiconductors de les generacions anteriors, ja que realment no presenten la tradicional unió pn per separar els portadors de càrrega fotogenerats. Per a aplicacions espacials, s'estan estudiant dispositius de buits quàntics (punts quàntics, cordes quàntiques, etc.) I dispositius que incorporen [[nanotub]] és de [[carboni]], amb un potencial de més del 45% d'eficiència AM0. Per a aplicacions terrestres, es troben en fase d'investigació dispositius que inclouen cel·les foto-electroquímiques, cel·les solars de [[polímer]]s, cel·les solars de [[nanocristall]]s i cel·les solars de tintes sensibilitzades.
 
Una hipotètica quarta generació de cel·les solars consistiria en una tecnologia fotovoltaica composta en què es barregen, conjuntament, nanopartícules amb polímers per a fabricar una capa simple multiespectral. Posteriorment, diverses capes primes multiespectrals es podrien apilar per fabricar les cel·les solars multiespectrals definitives. Cel·les que són més eficients, i barates. Basades en aquesta idea, i la tecnologia multiunió, s'han usat en les missions de Mart que ha dut a terme la [[NASA]]. La primera capa és la que converteix els diferents tipus de llum, la segona és per a la conversió d'energia i l'última és una capa per a l'[[espectre infraroig]]. D'aquesta manera es converteix una mica del [[calor]] a [[energia]] aprofitable. El resultat és una excel·lent cèlcel·lulala solar composta. La investigació de base per a aquesta generació s'està supervisant i dirigint per part de la [http://www.darpa.mil/ DARPA] <ref>L'Agència per als Projectes d'Investigació Avançada per a la Defensa és l'organització central per a la recerca i desenvolupament del Departament de Defensa (DoD) dels EUA</ref> (de l'anglès ''Defense Advanced Research Projects Agency'') per determinar si aquesta tecnologia és viable o no. Entre les companyies que treballen en aquest quarta generació es troben Xsunx, Konarka Technologies, Inc, Nanosolar, Dyesol i Nanosys.
 
== Principi de funcionament ==
Un fotó només necessita tenir una energia més alta que la necessària per arribar als forats buits de la banda de conducció del silici, i així poder excitar un electró de la banda de valència original a aquesta banda.
 
L'espectre de freqüència solar és molt semblant a l'espectre del cos negre quan aquest s'escalfa a la temperatura de 6000K i, per tant, gran quantitat de la radiació que arriba a la Terra està composta per fotons amb energies més altes que la necessària per arribar als buits de la banda de conducció. Aquest excedent d'energia que mostren els fotons, i molt més gran de la necessària per a la promoció d'electrons a la banda de conducció, serà absorbida per la cèlcel·lulala solar i es manifestarà en un apreciable calor (dispersat mitjançant vibracions de la xarxa, anomenats [[fonons]]) en lloc d'energia elèctrica utilitzable.
 
=== Separació dels portadors de càrrega ===
 
Hi ha dues maneres fonamentals per a la separació de portadors de càrrega en un cèlcel·lulala solar:
# Moviment dels portadors, impulsats per un camp electroestàtic establert a través del dispositiu.
# Difusió dels portadors de càrrega de zones d'alta concentració de portadors a zones de baixa concentració de portadors (seguint un gradient de potencial elèctric).
=== Generació de corrent en un placa convencional ===
[[File:Solar cell equivalent circuit.png|thumb|250px|Esquema elèctric.]]
Els mòduls fotovoltaics funcionen, com s'ha deixat entreveure en l'anterior apartat, per l'[[efecte fotoelèctric]]. Cada cèlcel·lulala fotovoltaica es compon de, almenys, dues primes làmines de silici. Una dopada amb elements amb menys electrons de valència que el silici, denominada P i una altra amb elements amb més electrons que els àtoms de silici, denominada N.
 
Aquells [[fotó|fotons]] procedents de la font lluminosa, que presenten energia adequada, incideixen sobre la superfície de la capa P, i en interactuar amb el material alliberen electrons dels àtoms de silici els quals, en moviment, travessen la capa de semiconductor, però no poden tornar. La capa N adquireix una diferència de potencial respecte a la P. Si es connecten uns conductors elèctrics a les dues capes i aquests, al seu torn, s'uneixen a un dispositiu o element elèctric consumidor d'energia que, usualment i de forma genèrica s'anomena càrrega, s'iniciarà un corrent elèctric continu.
 
=== La unió p-n ===
La cèlcel·lulala solar més usual està fabricada en silici i configurada com un gran àrea d'unió pn. Una simplificació d'aquest tipus de plaques es pot considerar com una capa de silici de tipus n directament en contacte amb una capa de silici de tipus p. A la pràctica, les unions pn de les cel·les solars, no estan fetes de la manera anterior, més aviat, s'elaboren per difusió d'un tipus de dopant en una de les cares d'una oblia de tipus p, o viceversa.
 
Si la peça de silici de tipus p és situada en íntim contacte amb una peça de silici de tipus n, té lloc la difusió d'electrons de la regió amb altes concentracions d'electrons (la cara de tipus n de la unió) cap a la regió de baixes concentracions d'electrons (cara tipus p de la unió).
Les plaques fotovoltaiques emprades en sistemes connectats a la xarxa no són diferents de les emprades per sistemes autònoms. Les que s'integren en els edificis són normalment mòduls estàndard. Un problema formal habitual és el fet que poden arribar a configurar estructures independents, superposades a l'edifici, afegides sense respondre a criteris estètics. En el millor dels casos, s'integren a les façanes o la teulada. Per aquest motiu, algunes empreses han desenvolupat elements fotovoltaics integrats als edificis que poden substituir alguns elements tradicionals de l'arquitectura.
 
Les plaques fotovoltaiques poden ser, doncs, tractades com un element constructiu i ser combinades amb altres materials en mòduls prefabricats de gran superfície (actualment es fabriquen fins a 14 m²). Són apropiades per a la formació de façanes, la millor orientació de les quals és la sud, tot i no ser important la influència d'una desviació d'entre 30° i 45° cap a l'est o l'oest en el còmput anual de captació d'energia. El fenomen de difracció de la llum permet obtenir panells fotovoltaics amb un índex de transparència superior a l'aparent, ja que l'ombra projectada per cada cèlcel·lulala a l'interior de l'edifici és inferior a la superfície que ocupa. Això implica que el panell es percep sensiblement més opac des de l'exterior que des de l'interior. És possible, a més, obtenir una major transparència si, a dintre d'una mateixa placa, s'augmenta la distància entre les cel·les .
 
 
== Factors d'eficiència d'una cèlcel·lulala solar ==
=== Punt de màxima potència ===
Una placa o cèlcel·lulala solar pot operar en un ampli rang de [[voltatge]]s i [[intensitat de corrent|intensitats de corrent]]. Això es pot aconseguir variant la resistència de la càrrega, en el circuit elèctric, d'una banda, i per l'altra variant la irradiació de la cèlcel·lulala des del valor zero (valor de curtcircuit) a valors molt alts (circuit obert) i es pot determinar el punt de potència màxima teòrica, és a dir, el punt que maximitza V i temps davant I, o el que és el mateix, la càrrega per a la qual la cèlcel·lulala pot lliurar la màxima potència elèctrica per a un determinat nivell de radiació.
 
El punt de potència màxima d'un dispositiu fotovoltaic varia amb la il·luminació incident. Per a sistemes molt grans es pot justificar un increment en el preu amb la inclusió de dispositius que mesuren la potència instantània per mesura contínua del voltatge i la intensitat de corrent (i d'aquí la potència transferida), i usar aquesta informació per ajustar, de manera dinàmica, i en temps real, la càrrega perquè es transfereixi, sempre, la màxima potència possible, malgrat les variacions de llum, que es produeixin durant el dia.
=== Eficiència en la conversió d'energia ===
 
L'eficiència d'una cèlcel·lulala solar (<math> \eta </math>, "eta"), és el percentatge de potència convertida en energia elèctrica de la llum solar total absorbida per un panell, quan una cèlcel·lulala solar està connectada a un circuit elèctric. Aquest terme es calcula usant la relació del punt de potència màxima, '' P <sub> m </sub> '', dividit entre la llum que arriba a la cel [[irradiància]] ('' I '', en W/m²), sota condicions estàndard (STC) i l'àrea superficial de la cèlcel·lulala solar ('' A <sub> c </sub> '' en m²).
 
: <math> \Eta = \frac{P_{m}}{I \times A_c}</math>
La STC especifica una temperatura de 25 °C i una irradiància de 1000 W/m² amb una massa d'aire espectral d'1,5 (AM 1,5). Això correspon a la irradiació i espectre de la llum solar incident en un dia clar sobre una superfície solar inclinada respecte al sol amb un angle de 41,81 º sobre l'horitzontal.
 
Aquesta condició representa, aproximadament, la posició del sol de migdia en els equinoccis de primavera i tardor en els estats continentals dels EUA amb una superfície orientada directament al sol. D'aquesta manera, sota aquestes condicions una cèlcel·lulala solar típica de 100 cm <sup> 2 </sup>, i d'una eficiència del 12%, aproximadament, s'espera que pugui arribar a produir una potència d'1,2 watts.
 
=== Factor d'ompliment ===
 
Un altre terme per definir l'eficàcia d'una cèlcel·lulala solar és el factor d'ompliment o ''fill factor'' (''FF''), que es defineix com la relació entre el màxim punt de potència dividit entre el ''voltatge en circuit obert'' (''V<sub>oc</sub>'') i el ''corrent en curtcircuit'' ''I<sub>sc</sub>'':
 
: <math> FF = \frac{P_{m}}{V_{oc}\times I_{sc}}= \frac{\eta \times A_c \times I}{V_{oc}\times I_{sc}}</math>
Des dels anys 70 s'han fet investigacions sobre la tecnologia de concentració fotovoltaica de manera que ha millorat la seva eficiència fins a aconseguir superar la fotovoltaica tradicional. No va ser fins als anys 2006-2007 que les tecnologies de concentració van passar d'estar reduïdes a l'àmbit de la recerca i començar a aconseguir els primers desenvolupaments comercials. El 2008 el [http://www.isfoc.es/ ISFOC] (Institut de Sistemes Solars Fotovoltaics de Concentració) va posar en marxa a Espanya una de les majors d'aquest tipus a nivell mundial, connectant a la xarxa 3MW de potència. En aquest projecte van participar diverses empreses que utilitzaven diverses tecnologies de concentració fotovoltaica (CPV).
 
Algunes d'aquestes tecnologies utilitzen lents per augmentar la potència del sol que arriba a la cèlcel·lulala. Altres concentren amb un sistema de miralls l'energia del sol en cel·les d'alta eficiència per obtenir un rendiment màxim d'energia. Algunes empreses com <ref>http://www.solfocus.com/</ref> SolFocus ja han començat a comercialitzar la tecnologia CPV a gran escala i estan desenvolupant projectes a Europa i EUA que superen els 10 MW el 2009.
 
La tecnologia de concentració fotovoltaica es dibuixa com una de les opcions més eficients en producció energètica a menor cost per a zones d'alta radiació solar com són els països mediterranis, les zones del sud dels EUA, Mèxic, Austràlia...<ref>{{ref-publicació|títol=Technical feasibility and financial analysis of hybrid wind–photovoltaic system with hydrogen storage for Cooma|publicació=International Journal of Hydrogen Energy|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319904001156|consulta=21 octubre 2015|coautors=B.D. Shakyaa, Lu Ayea, P. Musgrave|llengua=anglès|any=2004}}</ref>
139.382

modificacions