Solar fotovoltaic

Se estimează că la latitudinile din Franța, în jur de 45 °, energia potențial utilizabilă a soarelui este de 1500 kWh / m² pe an.

Vedeți harta soarelui francez șiDNI iradieri solare din Franța.

Cu randamente curente de aproximativ 10 la 15% ajungem de la 150 la 225kwh / m².an.

Așa-numitele panouri solare „neintegrate”.

Principiul de funcționare al fotovoltaicii

O celulă fotovoltaică este realizată din materiale semiconductoare. Acestea sunt capabile să transforme energia furnizată de soare într-o sarcină electrică și, prin urmare, în electricitate, deoarece lumina soarelui excită electronii acestor materiale. Curba de absorbție a acestor materiale începe de la lungimi de undă scurte până la o lungime de undă limitativă, care este de 1,1 micrometri pentru siliciu.

Siliciul este componenta principală a unei celule fotovoltaice.

Fizica unei celule fotoelectrice (preluată de pe site-ul CEA)

Schema funcțională a unei celule fotoelectrice.

Siliciul a fost ales pentru a produce celule solare fotovoltaice pentru proprietățile sale electronice, caracterizate prin prezența a patru electroni pe stratul său periferic (coloana IV din tabelul lui Mendeleiev). În siliciu solid, fiecare atom este legat de patru vecini și toți electronii din stratul periferic participă la legături. Dacă un atom de siliciu este înlocuit cu un atom din coloana V (fosfor de exemplu), unul dintre electroni nu participă la legături; prin urmare, se poate deplasa prin rețea. Există o conducție de către un electron și se spune că semiconductorul este dopat de tip n. Dacă, dimpotrivă, un atom de siliciu este înlocuit cu un atom din coloana III (bor de exemplu), un electron lipsește pentru a face toate legăturile și un electron poate veni să umple acest gol. Apoi spunem că există o conducție printr-o gaură, iar semiconductorul se spune că este dopat de tip p. Atomii precum borul sau fosforul sunt dopanți ai siliciului.

Când un semiconductor de tip n este adus în contact cu un semiconductor de tip p, excesul de electroni din materialul n se difuzează în materialul p. Zona inițial dopată n devine încărcată pozitiv, iar zona inițial dopată p devine încărcată negativ. Prin urmare, se creează un câmp electric între zonele n și p, care tinde să împingă electronii înapoi în zona n și se stabilește un echilibru. A fost creată o joncțiune și, prin adăugarea de contacte metalice pe zonele n și p, se obține o diodă.
Când această diodă este aprinsă, fotonii sunt absorbiți de material și fiecare foton dă naștere unui electron și unei găuri (vorbim despre pereche de electroni-găuri). Joncțiunea diodei separă electronii și găurile, dând naștere unei diferențe de potențial între contactele n și p, iar un curent curge dacă un rezistor este plasat între contactele diodei (figura).

Tehnologiile disponibile pe piață.

Modulele actuale se disting prin tipul de siliciu pe care îl folosesc:

• siliciu monocristalin: senzorii fotovoltaici se bazează pe cristale de siliciu încapsulate într-un plic de plastic.
• siliciu policristalin: Senzorii fotovoltaici se bazează pe policristaline de siliciu, care sunt mai puțin costisitoare de fabricat decât siliciul monocristalin, dar care au și un randament ușor mai scăzut. Aceste policristaline se obțin prin topirea resturilor de siliciu de calitate electronică.
• siliciu amorf: panourile „răspândite” sunt realizate din siliciu amorf cu o puternică putere energizantă și prezentate în benzi flexibile care permit o integrare arhitecturală perfectă.

Constructori de celule.

Cele mai mari cinci companii producătoare de celule fotovoltaice au 60% din piața mondială. Acestea sunt companiile japoneze Sharp și Kyocera, companiile americane BP Solar și Astropower și germana RWE Schott Solar. Japonia produce aproape jumătate din celulele fotovoltaice din lume.

Aplicații pentru energie electrică solară

În prezent, principalele domenii de utilizare sunt locuințele izolate, dar și pentru dispozitivele științifice, cum ar fi seismografele.

Primul domeniu care a folosit această energie este domeniul spațial. Într-adevăr, aproape toată energia electrică a sateliților este furnizată de fotovoltaice (unii sateliți au motoare stirling mici).

beneficii

• Utilizarea energiei electrice nepoluante și face parte din principiul dezvoltării durabile,
• O sursă de energie regenerabilă, deoarece este inepuizabilă la scară umană,
• Poate fi utilizat fie în țările în curs de dezvoltare fără o rețea electrică importantă, fie în locuri izolate, cum ar fi în munți, unde nu este posibilă conectarea la rețeaua electrică națională.

Exemplu de aprovizionare izolată a sitului, un seismograf alimentat de un panou fotovoltaic de la vulcanul Soufrière din Guadelupa.

dezavantaje

• Costul fotovoltaic este ridicat deoarece provine din tehnologie avansată,
• costul depinde de puterea de vârf, costul actual al vârfului de watt este de aproximativ 3,5 € sau aproximativ 550 € / m² de celule solare,
• randamentul actual al celulelor fotovoltaice rămâne destul de scăzut (aproximativ 10% pentru publicul larg) și, prin urmare, furnizează doar putere redusă,
• piață foarte limitată, dar în dezvoltare
• producția de energie electrică se face numai în timpul zilei, în timp ce cea mai mare cerere este pe timp de noapte,
• stocarea energiei electrice este foarte dificilă cu tehnologiile actuale (cost ecologic foarte ridicat al bateriilor),
• durata de viață: 20 până la 25 de ani, după ce siliciul „cristalizează” și face celula inutilizabilă,
• poluare în timpul fabricării: unele studii susțin că energia utilizată pentru fabricarea celulelor nu este niciodată profitabilă în cei 20 de ani de producție,
• la fel ca la sfârșitul vieții: reciclarea celulelor pune probleme de mediu.

Citește mai mult:
- Balanța energetică a fotovoltaicelor solare
- Harta câmpului solar francez
- Sistemele solare fotovoltaice integrate în clădire (documentul CEA)