1.1. Aplicatii ale energiei solare 1. Agricultura si horticultura In functie de energia solara ce poate fi captata intr-o anumita perioada a anului,… [607307]

Gabriel BENDEA

TEHNOLOGII DE V ALORIFICARE A
ENERGIEI SOLARE
Aplicații fotovoltaice

2013 UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE ENERGETICĂ
ȘI MANAGEMENT INDUSTRIAL
DEPARTAMENTUL DE INGINERIE ENERGETICĂ

Capitolul 1 – Introducere
1.1. Aplicatii ale energiei solare

1. Agricultura si horticultura

In functie de energia solara ce poate fi captata intr-o anumita perioada a anului,
agricultura cauta sa optimizeze perioadele in care se planteaza recoltele, sa le
orienteze catre sursa de lumina a soarelui, sa utilizeze coline in scara pentru a
asigura o cantitate egala de caldura si lumina pentru fiecare rand de plante, sa
roteasca tipurile de plante, toate aceste tehnici avand o influenta combinata
semnificativa asupra recoltei . Pentru zonele unde se doreste cultivarea unor
plante incompatibile cu climatul local se folosesc serele, permitant astel
cultivarea plantelor in afara arealului lor geografic sau in anotimpurile reci.

2. Iluminare

Lumina solara a fost timp de secole principala metoda de iluminare a
locuintelor pe timp de zi si nu a fost inlocuita nici pana in ziua de azi de
metodele moderne de iluminare, cel putin in cazul in care se doreste obtinerea
unei eficiente energetice semnificative .

3. Incalzirea apei

In zonele de latitudine scazuta , sub 40 grade, 60-70% din apa calda folosita
domestic poate fi asigurata de sistemele de incalzire solare, cu tuburi sau
suprafete reflectante

1.1. Aplicatii ale energiei solare

4. Incalzire , racire si ventilatie

In SUA, de exemplu, peste 30% din consumul de energie in cladiri
comerciale si peste 50% din consumul domestic de energie este cauzat de
sistemele de incalzire , racire si ventilatie . O parte din aceasta cantitate poate
fi asigurata de energia solara folosind masa termica, adica orice material ce
poate fi folosit pentru stocarea energiei : piatra, ciment, apa etc. Masa
termica, daca este folosita corect, permite absorbtia energiei ziua si radierea
acesteia noaptea, mentinand o temperatura constanta pe toata perioada
unei zile.

5. Tratarea apei

Prin expunerea apei la soare se poate distila (in cazul apei sarate sau
murdare) sau se poate dezinfecta prin expunerea in sticle de plastic . Aceasta
metoda este folosita in principal in tarile sarace .

6. Gǎtit

Calitatile energiei solare permit folosirea acesteia pentru gatit, uscat si
pasteurizat alimente . Sistemele de gatit solare se impart in 3 mari categorii :
cutii, panouri si panouri reflectorizante .

1.1. Aplicatii ale energiei solare

7. Procesarea caldurii in scop industrial
Se folosesc oglinzi parabolice reflectorizante pentru concentrarea caldurii in
diverse aplicatii comerciale . O alta metoda de procesare a caldurii este
reprezentata de vasele cu apa sarata care folosesc caldura soarelui pentru a
evapora apa si a obtine sare.

8. Generarea electricitatii
Principalele metode de a obtine curent electric folosind energie solara sunt:
celulele fotovoltaice, turnurile solare, care concentreaza energia de la mai
multe oglinzi, si alte tehnici aflate deocamdata in stadiu experimental .

9. Procese chimice
Energia solara este folosita in diverse procese chimice pentru a crea
conditiile necesare derularii unor reactii chimice .

10. Vehicule solare
Prima data vehiculele solare si-au facut aparitia in anii ’80, de atunci
evoluand foarte mult, in principal datorita concursurilor nenumarate pe
aceasta tema . Chiar daca un vehicul solar nu va putea functiona 24 de ore
din 24 din motive evidente, tehnologiile solare sunt deja folosite in vehicule
hibride, in scopul eficientizarii consumului de energie.

1.2. Energia solar ǎ – tehnologii de valorificare
Energie solara
Generare de
electricitateEnergie
termica
Temperatura
scazutaTemperatura
inaltaConcentrarea
energiei solareSisteme
fotovoltaice
Farfurii
solareJgheaburi
solareTurnuri
solare

1.2. Energia solar ǎ – tehnologii de valorificare
Panouri solare termice
Panourile solare sunt destinate producerii apei calde menajere (60-90°C).
Cu o investiție relativ redusa, soarele poate oferi aproape în totalitate energia necesară încălzirii apei
(apa caldă menajeră, piscine, agricultură și industrie) și pentru încălzirea locuințelor .
Agentul termic din circuitul primar încălzit de panourile solare transmite căldura apei in acumulatorul
termic -boiler, de aici căldura este transferată la nevoie pentru a încălzi apa caldă menajeră, locuința, direct
sau prin schimbătoare de căldură .
Automatizarea este asigurată de un controler ce pornește automat instalația în funcție de diferența de
temperatură dintre colectoarele solare și tancul acumulator de energie sau, în cazul în care nu este soare,
controlerul pornește încălzirea electrică a apei pentru completarea diferenței de temperatură .
Panouri solare paraboloide
Panoul solar paraboloid este o oglindă de formă paraboloid de rotație în al cărui focar optic este plasat
un schimbător de căldură de dimensiuni foarte mici care absoarbe căldura radiantă și o transferă unui prim
agent termic, care, prin intermediul unei serpentine (schimbător de căldură), o transfera unui al doilea agent
termic într-un boiler sau acumulator .
Materialul din care este fabricată oglinda este otel inoxidabil amplasat pe o structură de rezistență din
profile de inox ambutisat .
Avantajele acestor panouri solare față de cele clasice sunt pierderile minime datorate faptului că în
focarul optic este un schimbător de dimensiuni mici.
Temperatura agentului termic în acest schimbător poate ajunge ușor peste 120° C, ceea ce face posibilă
ridicarea temperaturii în acumulatori pâna la 95°C.
Sistemul de automatizare orientează în fiecare moment al zilei captatorul, astfel încât să capteze
maximum de energie .

Sistem combinat din panouri solare si pompa de caldura geotermala
EviHeat Split Sun este o pompa de caldura cu gestionare inteligenta a panourilor solare .
Avantajele sunt deosebite, pe timp de vara panourile solare putand asigura aproape tot necesarul de
apa calda si incalzire . In restul timpului, caldura solara este folosita pentru a ridica performantele
pompei de caldura .
Atâta timp cat radiatiile solare sunt suficient de puternice, caldura este condusa direct in sistemul
de incalzire si de apa calda menajera, printr -un schimbator de caldura . Aceasta inseamna ca pompa de
caldura vara este in repaus in cea mai mare parte a timpului, ceea ce creste durata de viata a
compresorului.
Atunci cand caldura solara nu este suficienta pentru a face fata singura in mod satisfacator la
acoperirea necesarului de caldura, panourile solare coopereaza cu pompa de caldura . Caldura solara se
foloseste acum pentru a ridica temperatura lichidului din colector .
Cu ajutorul panourilor solare temperatura lichidului din pompa de caldura poate fi ridicata cu
maxim 20° C, ca urmare, efectul exterior al pompei de caldura poate creste pana la 50 %.

Capitolul 2 – Energia solara
2.1. Radiatia solara
Fuziunea nucleara solara elibereaza o cantitate impresionanta de energie (estimata la
3,47×1024 kW). Pamântul îsi primeste, practic, toata energia de la soare sub forma de
radiatie electromagnetica. Radiatia incidenta la o distanta egala cu distanta medie solara la extremitatea atmosferei este constanta solara = 1360 W/m
2

Cantitatea medie de caldura pe unitatea de suprafata terestra este 340 W/m2.

Radiatia solara are spectrul de la unde scurte (ultraviolete) pâna la unde lungi (infrarosii) si este
echivalenta unui corp negru la temperatura de 6000 K.

Când radiatia solara intra în atmosfera, o parte din energia ei este consumata prin împrastiere si alta prin
absorbtie. Partea din radiatie împrastiata în atmosfera
se numeste radiatie solara difuza. O parte din radiatia
difuza se reîntoarce în mediul extraterestru, iar cealalta parte ajunge la nivelul solului.
Radiatia solara care ajunge direct de la discul solar pe suprafata terestra se numeste radiatie solara directa.
Spectrul radiatiei solare

2.2. Resursa solara

Consumul mondial anual de energie se ridica in anul 2010 la 55 Gtoe, energie care soseste de la soare in 2 zile. Rezervel e cunoscute de combustibil fosil sunt echivalentul e nergi ei solare care ajunge pe
Pamant în 47 zile, i ar resursele energetice totale estimate reprezinta energia solara în 227
de zile, în de șert.

Resursele energetice nucleare la nivel mondial sunt acoperite de energia solara livrata in
13 zile in deserturile Terrei.

Valorile medii multianuale ale insolatiei la nivel mondial [kWh·m-2·zi-1]

Valorile medii multianuale ale insolatiei la nivelul Europei [kWh·m-2·zi-1]

Valorile medii multianuale ale insolatiei la nivelul Romaniei [MJ·m-2·an-1]

•Radiatia solara medie variaza intre 4.000 si 4.700 MJ·m-2·an-1 (1.100 si 1.300
kWh·m-2·an-1) pentru mai mult de jumatate din suprafata tarii.

•Suprafata totala a Romaniei este de aproximativ 238.391 km2.

•Radiatia solara pentru Romania reprezinta aproximativ 330 milioane GWh/an
(potentialul teoretic al energiei solare).

•Potentialul exploatabil pentru productia de energie electrica fotovoltaica este de
aproximativ 1.200 GWh / an.

•Suprafata tehnic amenajabila este de aproximativ 30% din suprafata construibila
disponibila .

•Astfel, suprafata construibila disponibila in Romania este de aproximativ 630 km2,
din care ar putea fi instalate colectoare solare pe o suprafata de 210 km2.

•Fiecare metru patrat de panou fotovoltaic din Romania, pe durata unui an, primeste
de la soare circa 1.300 kWh si poate produce aproximativ 200 kWh energie electrica,
la o eficienta medie de 15%.

•Fiecare metru patrat de colector solar termic din Romania poate produce aproximativ
1.440 MJ de energie termica pe an.

•Pentru a inlocui cantitatea totala de energie termica necesara pentru incalzire in
Romania (62.000 TJ) cu energie termica solara, este necesara o suprafata de 43 km2
de colectoare.

•Aceasta reprezinta 20% din suprafata totala utilizabila de 210 km2.

•In prezent, in Romania sunt instalati 100.000 m2 (0,1 km2) de colectoare, ceea ce
reprezinta foarte putin din suprafata utilizabila .

•Capacitatea termica a acestor colectoare este 144 TJ.

•Contributia colectoarelor solare la acoperirea cererii de apa calda si caldura din
Romania este estimata la aproximativ 1.434.000 tep (60 PJ/an), ceea ce ar putea
inlocui aproape 50% din necesarul de apa calda sau 15% din energia termica
utilizata in prezent pentru incalzire .

•In conditiile meteorologice -solare actuale din Romania, un colector termic solar este
functional de obicei din martie pana in octombrie cu o eficienta care variaza intre 40
si 90%.

•In prezent exista o strategie negociata cu UE care cuprinde pentru Romania obligatii
asumate, pana in 2020, privind acoperirea unei parti din consumul intern de energie
electrica de cel putin 33% din surse regenerabile si de 11% din consumul pe toate
formele de energie .

Valorile medii multianuale ale insolatiei la nivelul municipiului Oradea
Radiatia solara medie multianuala pentru municipiul Oradea se situeaza la nivelul:

4.879 MJ·m-2·an-1 = x 1.000 : 3.600
=1.355 kWh·m
-2·an-1 = : 365
=3,71 kWh·m
-2·zi-1 = x 1.000 : 12 (nr mediu de ore de insolatie pe zi)
=310 W·m
-2 = 310 W / m2

Conversia fotovoltaica se realizeaza cu un randament mediu de circa 15%, ceea ce inseamna o
putere electrica disponibila din energia solara de ordinul :

155 x 0,15 = 46, 5 W / m2

Capitolul 3 – Celule fotovoltaice
3.1. Aspecte generale
Celul ele fotovoltaice transformă energia solară direct în energie
electrică . Ele au apărut ca răspuns la necesitatea asigurării
alimentării cu energie electrică a sateliților cosmici . La baza
funcționării lor stă efectul fotovoltaic, descoperit de fizicianul A. E.
Becquerel în anul 1839.
Un convertor fotovoltaic constă din două sau mai multe straturi de
material semiconductor (cel mai întâlnit fiind siliciul) dopate cu
anumite elemente chimice pentru a forma joncțiuni p și n. Această
structură este similară cu a unei diode . Când stratul de siliciu este
expus la lumină se va produce o „agitație” a electronilor din
material și va fi generat un curent electric .
Convertoarele, numite și celule fotovoltaice, au de obicei o
suprafață foarte mică și curentul generat de o singură celulă este
mic dar combinații serie – paralel ale acestor celule pot produce
curenți suficient de mari pentru a putea fi utilizați în practică .
Pentru aceasta, celulele sunt încapsulate în panouri care le oferă
rezistență mecanică și la intemperii .

Performanta unei celule fotovoltaice este o masura a energiei electrice
produsa din energia incidenta solara . Celulele fotovoltaice au o eficienta
relativ redusa, de ordinul (15-20)%. O eficienta atat de mica impune
utilizarea unui numar mare de celule fotovoltaice, montate pe panouri, ceea
ce înseamnă alte costuri suplimentare . Imbunătățirea performantelor
celulelor solare este principalul obiectiv al industriei fotovoltaice .
Primele celule aveau 4% eficienta si au fost produse in anul 1950.
Astazi, la a treia generatie de celule fotovoltaice, eficienta atinge
valori de ordinul 20% si se spera ca in cativa ani aceasta sa cresca.

Celulele fotovoltaice sunt conectate în circuite electrice serie sau/și paralel pentru a
produce tensiuni, curen ți și puteri mai mari. Modulele fotovoltaice sunt formate
din celule îmbracate în materiale protectoare . Aceste sisteme sunt componentele de
baza ale instalatiilor fotovoltaice .
Principiul modular de realizare al instala țiilor fotovoltaice

3.2. Clasificare
•Celulele solare pot fi clasificate după mai multe criterii. Cel mai folosit criteriu este după
grosimea stratului materialului. Aici deosebim celule cu strat gros și celule cu strat subțire.

•Un alt criteriu este felul materialului : se întrebuințează, de exemplu, ca materiale
semiconductoare combinațiile CdTe, GaAs sau CuInSe, dar cel mai des folosit este siliciul.
•După structura de bază deosebim materiale cristaline (monocristaline/policristaline), respectiv
amorfe .

•În fabricarea celulelor fotovaltaice, pe lângă materiale semiconductoare, mai nou, există
posibilitatea utilizării materialelor organice sau a pigmenților organici.

Efectul fotovoltaic este legat de joncțiunea p – n a doua materiale semiconductoare de tip
„p” si de tip „n”.

Dacă în cristalul unui material semiconductor se înlocuieste un atom de Si cu un atom
pentavalent de arsen (As) sau fosfor (P) – opera țiunea de dopare a siliciului – atunci cei 5
electroni ai stratului de valenta vor satisface cele 4 legaturi covalente ale atomului de Si
înlocuit . Al cincilea electron poate trece usor peste banda interzisa în banda conductore .
Substantele folosite pentru substitutie se numesc substante donoare (dopante), iar
semiconductorul astfel obtinut se numeste n-negativ .
Daca Si este dopat cu un atom trivalent de bor (B) sau aluminiu (Al), cei 3 electroni de
valen ță vor satisface doar 3 dintre legaturile covalente ale atomului . În acest mod se
creeaza legaturi cu electroni lipsa (goluri) . Semiconductorul se numeste p-pozitiv .
Purtatorii de sarcina al caror numar este majoritar poarta numele de purtator majoritar . Se
poate defini, in mod similar, notiunea de purtator minoritar . 3.3. Principiul de func ționare

În apropierea unei jonctiuni p-n are loc o difuzie
a purtatorilor de sarcina majoritari în regiunea
unde ei sunt minoritari .
Se stabileste o regiune cu sarcina spatiala pozitiva
în regiunea n si o alta regiune cu sarcina negativa
în regiunea p. Între cele doua sarcini apare un
câmp electric orientat de la semiconductorul n
către cel p. Se stabileste astfel o bariera de
potential care împiedica difuzia purtatorilor de
sarcina prin jonctiune .
În consecinta, dupa o miscare initiala de purtatori majoritari într-un sens (curent de
difuzie) si minoritari în sens opus (curent de drift) se realizeaza un echilibru
dinamic în care jonctiunea prezinta doua zone neutre separate printr -un câmp
electric (cu un potential de bariera) .

Când un foton lovește joncțiunea, se pot
întâmpla următoarele fenomene :
● fotonul traverseaza materialul, daca energia lui
este mai mica decât energia necesara unui
electron pentru a trece de pe banda de valen ță pe
banda de conductie ;
● fotonul este absorbit și creeaza o pereche
electron – gol. Daca energia fotonului este mai
mare decât cea necesara pentru „eliberarea” unui
electron, cristalul se încalzeste.
Odata perechile electroni -goluri formate în jonctiunea p-n, atât electronii, cât
si golurile sunt liberi sa se miste în cristal . Câmpul electric format va atrage
electronii în zona catodica si golurile în zona anodica a jonctiunii, formând
astfel un curent continuu, care poate fi folosit de catre un consumator .
radiație
solară

Modul de circula ție al sarcinilor electrice într -o celulă fotovoltaică

Celulele solare pot fi clasificate după mai multe criterii . Cel mai folosit criteriu
este după grosimea stratului materialului . Aici deosebim celule cu strat gros și
celule cu strat subțire .
Un alt criteriu este felul materialului : se întrebuințează, de exemplu, ca materiale
semiconductoare combinațiile CdTe, GaAs sau CuInSe, dar cel mai des folosit este
siliciul .
După structura de bază deosebim materiale cristaline (monocristaline și
policristaline), respectiv amorfe .
În fabricarea celulelor fotovoltaice pe lângă materiale semiconductoare, mai nou,
există posibilitatea utilizării și a materialelor organice sau a pigmenților organici . 3.4. Materiale și tehnologii

La începutul comercializării panourilor solare, celulele aveau o formă rotundă,
păstrând forma barelor de siliciu din care au fost debitate . Această formă azi este
rar utilizată locul ei fiind preluat de formele dreptunghiulare, de cele mai multe ori
pătrate, având colțurile mai mult sau mai puțin teșite . Până la sfârșitul anilor 1990
celulele solare aveau cel mai des mărimea de fabricație de 100x 100 mm (în
jargonul de specialitate numite celule de 4 țoli). După aceea au fost introduse pe
scară tot mai largă celulele cu latura de 125 mm și de prin anul 2002 și celulele cu
latura de 150 mm se utilizează tot mai des în modulele standard și se prevede că
nici celulele de 200x 200 mm nu vor fi o raritate în viitor .
În procesul de debitare rezultă și plăci de dimensiuni mai mici, care pot genera
aceeași tensiune , doar cu un curent mai mic datorită suprafeței mai mici, și care își
găsesc aplicația în aparatele cu consum mic.

Materiale
a) Celule pe bază de siliciu
Strat gros
– Celule monocristalune (c-Si) randament mare – în producția în serie se pot atinge
până la peste 20% randament energetic, tehnică de fabricație pusă la punct ; totuși
procesul de fabricație este energofag, ceea ce are o influență negativă asupra perioadei
de recuperare (timp în care echivalentul energiei consumate în procesul de fabricare
devine egal cantitatea de energie generată) .
– Celule policristaline (mc-Si) la producția în serie s-a atins deja un randament
energetic de peste la 16%, consum relativ mic de energie în procesul de fabricație, și
până acum cu cel mai bun raport preț – performanță .
Strat subțire
– Celule cu siliciu amorf (a-Si) cel mai mare segment de piață la celule cu strat subțire ;
randament energetic al modulelor de la 5 la 7%; nu există strangulări în aprovizionare,
chiar și la o producție de ordinul TW.
– Celule pe bază de siliciu cristalin , ex. microcristale (µc-Si) în combinație cu siliciul
amorf randament mare ; tehnologia aceeași ca la siliciul amorf.
Celulă solară multicristalină
O placă multicristalină

Materialul cel mai utilizat pentru fabricarea de celule solare pe bază de semiconductori este siliciul. Dacă la
început pentru producerea celulelor solare se utilizau deșeuri rezultate din alte procese tehnologice pe bază de
semiconductori , astăzi se apelează la materiale special în acest scop fabricate. Pentru industria semiconductorilor
siliciul este materialul aproape ideal. Este relativ ieftin, se poate produce întru-un singur cristal la un înalt grad de
puritate, și se poate impurifica (dota) în semiconductor de tip “n” sau “p”. Prin simpla oxidare se pot crea straturi
izolatoare subțiri. Totuși lărgimea zonei interzise fac siliciul mai puțin potrivit pentru exploatarea directă a efectului
fotoelectric. Celule solare pe bază pe siliciu cristalin necesită o grosime de strat de cel puțin 100 µm sau mai mult
pentru a putea absorbi lumina solară eficient. La celulele cu strat subțire de tip semiconductor direct ca de exemplu
GaAs sau chiar siliciu cu structura cristalină puternic perturbată sunt suficiente 10 µm.

În funcție de starea cristalină se deosebesc următoarele tipuri de siliciu:
• Monocristaline – Celulele rezultă din așa numitele Wafer (plăci de siliciu dintr-un cristal) . Aceste cristale reprezintă
materia de bază pentru industria de semiconductori și sunt destul de scumpe .

• Policristaline – Celulele sunt din plăci care conțin zone cu cristale cu orientări diferite . Acestea pot fi fabricate de
exemplu prin procedeul de turnare ; sunt mai ieftine și ca atare cele mai răspândite în producția de dispozitive
fotovoltaice . Deseori ele se numesc și celule solare policristaline

• Amorfe – Celulele solare constau dintr-un strat subțire de siliciu amorf (fără cristalizare) și din această cauză se
numesc celule cu strat subțire ; se pot produce de exemplu prin procedeul de condensare de vapori de siliciu și sunt
foarte ieftine , dar au un randament scăzut în spectru de lumină solară, totuși au avantaje la lumină slabă . De aceea
se utilizează în calculatoare de buzunar și ceasuri .

• Microcristaline – Acestea sunt celule cu strat subțire cu structură microcristalină . Au un randament mai bun decât
celulele amorfe și nu au un strat atât de gros ca cele policristaline . Se utilizează parțial la fabricarea de panouri
fotovoltaice, dar nu sunt atât de răspândite .

• Celule solare tandem – sunt straturi de celule solare suprapuse, de obicei o combinație de straturi policristaline și
amorfe. Straturile sunt din materiale diferite și astfel acordate pe domenii diferite de lungimi de undă a luminii. Prin
utilizarea unui spectru mai larg din lumina solară , aceste celule au un randament mai mare decât celulele solare
simple . Se utilizează parțial la fabricarea de panouri solare dar sunt relativ scumpe . O ieftinire apreciabilă se va
obține prin utilizarea în combinație cu sisteme de lentile, așa numitele sisteme de concentrare .

b) Semiconductoare pe bază de elemente din grupa III-V
Celule cu GaAs randament mare, foarte stabil la schimbările de temperatură, la încălzire o pierdere de putere mai
mică decât la celulele cristaline pe bază de siliciu, robust vizavi de radiația ultravioleta, tehnologie scampa, se
utilizează de obicei în industria spațialǎ (GaInP/GaAs, GaAs/Ge).

c) Semiconductoare pe bază de elemente din grupa II-VI
Celule cu CdTe utilizează o tehnologie foarte avantajoasă (depunere de staturi subțiri pe suprafețe mari în mediu
controlat); în laborator s-a atins un randament de 16%, dar modulele fabricate până acum au atins un randament sub
10%, nu se cunoaște fiabilitatea. Din motive de protecția mediului este improbabilă utilizarea pe scară largă .

d) Celule CIS, CIGS
CIS este prescurtarea de la Cupru- Indiu Diselenid produs în stație pilot la firma Würth Solar în Marbach am Neckar,
respectiv Cupru -Indiu- Disulfat la firma Sulfurcell în Berlin, iar CIGS pentru Cupru-Indiu -Galiu-Diselenat produs în
stație pilot în Uppsala, Suedia. Producătorii de mai sus promit trecerea la producția în masă în anii viitori.

e) Celule solare pe bază de compuși organici
Tehnologia bazată pe chimia organică furnizează compuși care pot permite fabricarea de celule solare mai ieftine.
Prezintă, totuși, un impediment faptul că aceste celule au un randament redus și o durată de viață redusă (max .
5000h). Încă (ianuarie 2007) nu există celule solare pe bază de compuși organici pe piață.

f) Celule pe bază de pigmenți
Numite și celule Grätzel utilizează pigmenți naturali pentru transformarea luminii în energie electrică; O procedură
ce se bazează pe efectul de fotosinteza. De obicei sunt de culoare mov.

g) Celule cu electrolit semiconductor
De exemplu soluția: oxid de cupru/ NaCl. Sunt celule foarte ușor de fabrict dar puterea și siguranța în utilizare sunt
limitate.

h) Celule pe bază de polimeri
Deocamdată se află doar în fază de cercetare .

Caracteristica curent – tensiune : dependen ța dintre curentul debitat de celula
fotovoltaică și tensiunea de la bornele acesteia 3.5. Caracteristici func ționale
I [A]
U [V]Isc
Imp
Ump UocPmpcurentul de scurtcircuit al celulei
(la tensiune nulă)
tensiunea de mers
în gol a celulei perechea (Imp, Ump) reprezintă
curentul, respectiv tensiunea la
care puterea celulei este maximă (P
mp)

Caracteristica putere – tensiune a unei celule fotovoltaice Puterea electrică a celulei = produsul între tensiunea și curentul celulei
P [W]
U [V] Ump UocPmp

Varia ția caracteristicilor curent – tensiune ale celulelor fotovoltaice
funcție de temperatura joncțiunii, la iradiere solară constantă I [A]
U [V]La cresterea temperaturii
creste curentulLa cresterea temperaturii
se reduce puterea debitata
La cresterea temperaturii
se reduce tensiunea
t = 0 °Ct = 25 °C
t = 50 °C

Varia ția caracteristicilor curent – tensiune ale celulelor fotovoltaice
funcție de iradierea solară, la temperatură a joncțiunii constantă I [A]
U [V]Curentul creste
cu cresterea iradierii
1000 W/m2
750 W/m2
500 W/m2
250 W/m2
Tensiunea creste putin
cu cresterea iradieriiTensiunea la care apare
puterea maxima se modifica
putin cu iradierea

Caracteristicile func ționale ale unei celule fotovoltaice din siliciu
Varia ția cu temperatura Varia ția cu nivelul de iradiere Caracteristicile curent – tensiune și
putere – tensiune

Randamentul, durata de via ță și prețul unitar al celulelor fotovoltaice (2010)
Material Randament Durată de viață Preț unitar
Siliciu amorf 5-10% < 20 ani
Siliciu policristalin 10-15% 25-30 ani 5 EUR/W
Siliciu monocristalin 15-20% 25-30 ani 10 EUR/W
Arseniura de galiu (monostrat) 15-20%
> 20 ani 20-100 EUR/W Arseniura de galiu (două straturi) 20%
Arseniura de galiu (trei straturi) 25%

Randamentul unei celule fotovoltaice este raportul dintre puterea debitată de
aceasta și putere conținută în lumina incidentă totală .
Semiconductoarele din care sunt construite celulele fotovoltaice utilizează doar o
parte a luminii solare . Randamentul teoretic maxim ce poate fi atins în acest caz
este de 33%.

Randamentul celulelor foto-
voltaice comerciale este de
circa 20%, iar modulele
construite cu acestea ating un
randament de cca 17%.
Recordul pentru celulele
fabricate în condiții de
laborator este de 24,7% (University of New South Wales, Australia), din care s-au
confecționat panouri cu un randament de 22%. Prețul acestor module fabricate prin
procedeul de topire zonală este de circa 200 EUR/celulă, la o suprafață a celulei de
21,6 cm2, corespunzând unui cost de 5-10 EUR/W .
Sistemele GaAs au costuri de 5 până la 10 ori mai mari.
Îmbătrânirea celulelor conduce la scăderea randamentului cu circa 10% în 25 ani.
Fabricanții dau garanții pe cel puțin 80% din puterea maximă în 20 ani.
În spațiu, constanta solară este mai mare decât iluminarea globală pe Pământ, iar
celulele îmbătrânesc mai repede. Panourile pentru sateliți ating un randament de
25%, la o durată de viață de 15 ani.

Capitolul 4 – Panouri fotovoltaice
4.1. Consideratii tehnice

Un panou solar fotovoltaic spre deosebire de un panou solar termic transformă energia luminoasă
din razele solare direct în energie electrică . Componentele principale ale panoului solar sunt
reprezentate de celulele solare (aprox . 40 de buc/panou) .
Panourile solare se utilizeaz ǎ separat sau legate în baterii pentru alimentarea consumatorilor
independenți sau pentru generarea de curent electric ce se livrează în rețeaua publică.
Un panou solar este caracterizat prin parametrii săi electrici cum ar fi tensiunea de mers în gol sau
curentul de scurtcircuit .
Pentru a îndeplini condițiile impuse de producerea de energie electrică, celulele solare se vor
asambla în panouri solare utilizând diverse materiale, care vor asigura:
– protecție transparentă împotriva radiațiilor și intemperiilor ;
– legături electrice robuste ;
– protecția celulelor solare rigide de acțiuni mecanice;
– protecția celulelor solare și a legăturilor electrice de umiditate;
– asigurarea unei răciri corespunzătoare a celulelor solare;
– protecția împotriva atingerii elementelor componente conducătoare de electricitate;
– posibilitatea manipulării și montării ușoare .

Orientarea / Unghiul de inclinare
Radiatia solara:
1 – directa; 2 – absorbtie;
3 – reflexie; 4 – indirecta
Diverse solutii de amplasare a panourilor fotovoltaice
1 – radiatie solara pe timp de iarna;
2 – radiatie solara pe timp de vara.

4.2. Construcția unui panou solar
Geam (de cele mai multe ori geam securizat
monostrat) de protecție pe fața expusă la soare
Strat transparent din material
plastic (etilen vinil acetat, EV A sau cauciuc siliconic) în care se fixează celulele solare
Celule solare monocristaline
sau policristaline conectate între ele prin benzi de cositor
Caserarea feței posterioare a
panoului cu o folie stratifi –
cată din material plastic rezistent la intemperii fluorura de poliviniliden (Tedlar) și Polyester
Ramă din profil de aluminiu pentru protejarea geamului la transport, manipulare și montare, pentru fixare și rigidizarea legăturii Garnitura de etansare

4.3. Fabricarea panoului solar
•Fabricarea începe întotdeauna de pe partea activă expusă la soare . La
început se pregătește și se curăță un geam de mărime corespunzătoare. Pe
acesta se așează un strat de folie de etilen vinil acetat, E VA adaptat
profilului celulelor solare utilizate .
•Celulele solare vor fi legate cu ajutorul benzilor de cositor în grupe (șiruri –
strings) care mai apoi se așează pe folia de EVA după care se face
conectarea grupelor între ele și racordarea la priza de legătură prin lipire . În
final, totul se acoperă cu o folie EVA și peste aceasta o folie tedlar .
•Pasul următor constă în laminarea panoului în vacuum la 150° C. În urma
laminării, din folia EVA plastifiată, prin polimerizare, se va obține un strat
de material plastic ce nu se va mai topi și în care celulele solare sunt bine
incastrate și lipite strâns de geam și folia de tedlar .
•După procesul de laminare, marginile se vor debavura și se va fixa priza de
conectare în care se vor monta diodele de by-pass.
•Totul se prevede cu o ramă metalică, se măsoară caracteristicile și se
sortează după parametrii electrici după care se împachetează.
•Incapsularea durabilă a elementelor componente are o importanță foarte
mare deoarece umiditatatea ce ar putea pătrunde ar afecta durata de viață a
panoului solar prin coroziune și prin scurtcircuitarea legăturilor dintre
elementele prin care trece curent electric .

4.4. Caracteristici tehnice
Parametrii unui panou solar se stabilesc, la fel ca și cei pentru celule solare, pentru
condiții de test standard .

Caracteristicile unui panou solar sunt:
•Tensiunea de mers în gol – UOC
•Curent de scurtcircuit – ISC
•Tensiunea în punctul de putere maximă – UMPP
•Curentul în punctul de putere maximă – IMPP
•Puterea maximă – PMPP
•Factorul de umplere – FF
•Coeficient de modificare a puterii cu temperatura celulei
•Randamentul celulei solare – η
•Prescurtări ale termenilor mai des utilizați
•SC: Short Circuit – scurtcircuit
•OC: Open Circuit – mers în gol
•MPP: Maximum Power Point – punctul de putere maximă

4.5. Alte tipuri de panouri solare
a)- panouri laminate sticla -sticla ;
b)- panouri sticla -sticla utilizând rășini aplicate prin turnare
c)- panouri cu strat subțire (CdTe, CIGSSe, CIS, a-Si) pe suprafețe de sticlă sau
aplicate ca folie flexibilă ;
d)- panouri concentrator – Lumina solară se concentrează cu ajutorul unui dispozitiv
optic pe celule solare de dimensiuni mai mici. Astfel, utilizând lentile comparativ
mai ieftine pentru a crea un fascicol de lumină mai subțire, se economisește
material semiconductor care este mai scump . Sistemele cu concentrator sunt
utilizate de cele mai multe ori la celule solare din semiconductori pe bază de
elemente din grupele III-V . Pentru că utilizarea lentilelor impune ca razele solare să
cadă perpendicular pe acestea, va fi nevoie de un sistem de orientare mecanică în
funcție de poziția soarelui .
e)- colector cu fuorescență – Acest tip de panou solar transformă lumina incidentă, prin
intermediul unui strat de material sintetic, în radiație de o lungime de undă acordată
pe frecvența de absorbție maximă din celula solară . În acest scop, materialul
sintetic este impurificat cu un pigment fluorescent . Lumina solară este absorbită de
pigment și re-emisă cu o lungime de undă mai mare, această lumină generată
părăsește stratul de material sintetic doar pe o anumită direcție bine determinată, pe
toate celelalte direcții fiind reflectată și astfel reținută în material . Pe direcția de
emisie se așează celulele solare ce sunt optimizate pe lungimea de undă emisă de
pigment . Prin aplicarea mai multor straturi de material sintetic și celule solare
acordate pe lungimi de undă diferite, se poate mări randamentul deoarece se poate
acoperi un spectru mai larg decât cu panourile solare obișnuite .

5.1. Regulatorul de încarcare
Regulatorul de incarcare este folosit pentru a regla curentul dinspre celulele fotovoltaice
spre bateriile de acumulatori in functie de sarcina electrica a consumatorilor . Regulatorul
trebuie sa previna supraincarcarea bateriilor, cand curentul debitat de celulele fotovoltaice
este mai mare decat sarcina electrica a consumatorilor, si supradescarcarea, cand
consumul depaseste curentul debitat de celulele fotovoltaice . Capitolul 5
Accesorii pentru sistemele fotovoltaice

Procesul de incarcare al unei
baterii de acumulatori, este un fenomen complex care de multe ori este tratat cu superficialitate si duce inevitabil la distrugerea acumulatorilor.
Regulatoarele de incarcare de tip MPPT (Maximum Power Point Tracking) sau in
traducere, “regulator cu urmarirea punctului de putere maxima" este un convertor
cc/cc care optimizeaza perfect transferul de energie intre aria de panouri solare
fotovoltatice si bateria de acumulatori .

5.2 Invertoare c.c./a.c.
Invertoarele sunt dispozitive care fac conversia curentului continu (c.c.) în
curent alternativ (a.c.), asigurând mentinerea frecvenței la 50 Hz.
Invertoarele trebuie sa asigure si modificarea valorii tensiunii continue de la
12V, 24V sau 48 V, provenită de la baterii, la o tensiune de 220Vca .
Există două tipuri de invertoare :
• cu unda perfect sinusoidală (perfomanțe mult superioare în comparație cu
rețeaua conventională de energie electrica)
• cu unda sinusoidală modificată (unda este alternativă dar nu este
sinusoidală, sunt mai ieftine )

Există o varietate mare de topologii de
convertoare dedicate sistemelor fotovoltaice,
în principal dependente de nivelul de putere
și de cerințele legate de separarea galvanică .

Invertoarele fotovoltaice care funcționează în
două cadrane și care au în componență și
convertoare cc-cc (variatoare/stabilizatoare
de tensiune), sunt folosite în special pentru
aplicațiile rezidențiale, având o putere insta –
lată de până la 4,5 kWp . Configurațiile de
invertoare care nu conțin și transformatoare
pentru separare galvanică au devenit foarte
atractive, în special datorită faptului că au o
eficiență mai ridicată .
Topologia unui invertor fotovoltaic poate să conțină un convertor de cc-cc ridicător de
tensiune și un transformator pentru izolare galvanică . În cadrul sistemelor fotovoltaice se
impune utilizarea convertoarelor ridicătoare de tensiune deoarece tensiunea continuă este
mult mai mică decât tensiunea rețelei :
a) Invertoare fotovoltaice cu convertor cc-cc ridicător de tensiune și trafo de izolare ;
b) Invertoare cu convertor cc-cc ridicator de tensiune și fara trafo de izolare ;
c) Invertoare fotovoltaice fara convertor cc-cc ridicator de tensiune .

5.3. Baterii de acumulatori
Stocarea energiei electrice este esentiala pentru sistemele fotovoltaice de tip
stand -alone , ea permitand asigurarea unei independente intre variatia sarcinii electrice
a consumatorului, pe de o parte, si variatia radiatiei solare, pe de alta parte .
La ora actuala, exista pe piata multe tipuri noi de acumulatori :
nichel -cadmiu,
nichel -metal -hibrid,
litiu-ion.
Cu toate acestea, cele mai multe sisteme fotovoltaice folosesc inca varianta
traditionala a acumulatorilor cu plumb.
Sunte m familiarizat i cu baterii le de 12 V pentru vehicule si, la prima vederea ,
ele ar putea părea potrivite pentru stocarea energie electrice produse de sistemele
fotovoltaice . Dar există diferențe importante între cele doua .
Bateria autovehiculului trebuie sa furniz eze curen ți mari (de ordinul zecilor sau
sutelor de A) pentru un timp foarte scurt, la pornirea motorul ui; bateria nu se descarca
in totalitate decat in cazuri foarte rare.
Bateri a unui sistem fotovoltaic furnizeaza curenți mici pentru intervale mari de
timp și trebuie să reziste la mai multe sute sau chiar mii de cicluri de încărcare –
descărcare, fără deteriorări .

a)Seria SOLAR – Bateriile solare Sonnenschein Solar sunt special concepute pentru
performanța medie în aplicațiile cu energie alternativă . Aceste baterii tip VRLA
(ValveRegulated Lead Acid) nu necesită întreținere și sunt realizate în tehnologie dryfit .
Aplicațiile tipice : sisteme case de vacanță, sisteme de iluminat stradal, panouri de
semnalizare și informații, parcometre, sisteme telefonice de urgență, alte echipamente.
Sunt concepute pentru a suporta maxim 800 de cicluri cu descărcare 100% , dar pot
ajunge să suporte 3000 de cicluri pentru o descărcare de numai 30%.

b) Seria SOLAR BLOCK – Bateriile
tip Sonnenschein Solar Block sunt
o gamă fiabilă pentru aplicații în
condiții dure. Aplicațiile tipice includ
arii de folosire diversificată . Sunt
concepute pentru a suporta maxim
1200 de cicluri cu descărcare 100%,
dar pot ajunge să suporte 4500 de
cicluri pentru o descărcare de numai 30%.
c) Seria SOLAR A600 – Bateriile Sonnenschein A600 Solar sunt fabricate pentru aplicații
medii și mari. Sunt fără întreținere de tip VRLA în tehnologie dryfit . Sunt concepute pentru
a suporta maxim 1600 de cicluri cu descărcare 100% , dar pot ajunge să suporte 5800 de
cicluri pentru o descărcare de numai 30%.

Capitolul 6 – Sisteme fotovoltaice
Sistemele fotovoltaice transforma energia solara in
curent electric , cu ajutorul panourilor fotovoltaice .
Cu ajutorul panourilor fotovoltaice se poate produce
curent pentru diferite necesitati, de la calculatoare de
buzunar pana la centrale electrice de mari capacitati,
prin tehnologii adecvate fiecarui produs . Cand energia
Solara, sub forma de lumina, ajunge la panourile fotovoltaice, intre partea superioara si cea
inferioara se genereaza o diferenta de tensiune . Aceasta energie se poate stoca sau se poate
folosi direct .
Un panou fotovoltaic de 1 kW va putea produce anual circa 800 kWh de energie electrica,
contribuind astfel la protejarea atmosferei prin reducerea cu aprox. 500 kg a emisiei de
CO2, cantitate ce ar rezulta in cazul producerii acestei energii prin arderea combustibililor
fosili .
6.1. Aspecte generale

Firmele specializate produc si comercializeaza trei tipuri de module fotovoltaice :
module solare monocristaline,
module solare policristaline,
module solare hibride.

Prin montarea mai multor module legate intre ele printr -un sistem, se pot realiza
instalatii la diferite puteri pentru diferite intrebuintari .
Putem face urmatoarele observatii pentru modulele (panourile) cunoscute :
 aproape toate celulele sunt fabricate din siliciu ;
 cea mai comuna tehnologie este cristalina ;
 thin cells este o tehnologie cu mare potential .

6.2. Principalele configurații ale sistemelor fotovoltaice
Panourile solare pot fi conectate în serie sau paralel, la un invertor monofazat sau trifazat .
Prin intermediul invertorului se realizează conversia din energie continuă, produsă de
panourile solare pe baza efectului fotovoltaic, în energie alternativă, pentru conectarea la
rețea sau alimentarea consumatorilor .
O celulă solară poate produce în medie doar (1 ÷ 4) Wp, de aceea sunt conectate împreună
(în serie sau/si paralel) într-un panou solar .
În figura urmatoare sunt prezentate principalele configurații ale sistemelor PV:
Invertor
central Inver –
tor de
sir Invertor
de modul

Panourile solare pot fi conectate în paralel la un
invertor trifazat central, caracteristic sistemelor solare
de puteri mari (10 – 250 kWp). Această configurație are
următoarele caracteristici :
• eficiență ridicată,
• cost redus,
• siguranță și fiabilitate reduse .
Invertor
central

O altă soluție, dedicată aplicațiilor rezidențiale de puteri
medii (1,5 -5 kWp), conține câte un invertor pentru fiecare
șir de panouri solare . Această variantă constructivă permite
funcționarea sistemului solar la eficiență maximă (pe
caracteristica de funcționare), șirul de panouri solare poate
avea diferite orientări, iar la puteri mai mici de
5 kWp, invertoarele sunt trifazate .
Inver –
tor de
sir

A treia soluție conține invertoare de tip modul, de mică
putere (50–180 Wp), fiecare panou având propriul invertor .
Caracteristicile aceastei soluții sunt:
• cost destul de mare pe kW,
• întreținere dificilă,
• eficiență redusă .
Invertor
de modul

Acest tip de aplicație poate să permită de
exemplu asigurarea iluminatului electric, cu
becuri de curent continuu, în imobile situate în
zone izolate și neelectrificate.
Se observă că panoul fotovoltaic nu este
singurul component al sistemului. Deoarece
momentul în care este nevoie de energie
electrică, nu coincide cu cel în care este
prezentă radiația solară, energia electrică
furnizată de panou este acumulată într-una sau
mai multe baterii pentru a fi utilizată la nevoie .
Între panoul fotovoltaic și baterie este intercalat
un regulator de încărcare deoarece parametrii
curentului electric la ieșirea din panou sunt
variabili, în funcție cel puțin de intensitatea
radiației solare, iar parametrii curentului
electric utilizat la încărcarea bateriei trebuie să
fie constanți .
Consumatorii alimentați în curent continuu,
sunt conectați la bornele de ieșire ale
regulatorului pentru a fi alimentați cu curent
electric având parametri constanți .

Este obligatorie prezența într-un
asemenea sistem a unui invertor
(transformă curentul continuu în
curent alternativ) .
Un asemenea sistem are nevoie de o
putere electrică mai mare, deci este
necesară utilizarea unui număr mai
mare de panouri fotovoltaice, iar
numărul bateriilor de acumulatoare
este de asemenea mai mare, pentru
ca sistemul să poată asigura puterea
electrică maximă, pentru un timp cât
mai lung, înainte ca bateriile să se
descarce.

Acest sistem hibrid are în componență și un
generator electric acționat de un motor cu
ardere internă de tip Diesel . Acest generator,
care poate să producă atât c.c., cât și c.a., are
rolul de a asigura puterea electrică necesară în
perioadele de vârf de sarcină, sau în perioadele
în care radiația solară nu este suficient de
intnsă .

Acest sistem pentru producerea curentului electric
alternativ, cu ajutorul panourilor fotovoltaice, permite
utilizarea directă a curentului electric produs de
sistemul fotovoltaic, dar și furnizarea acestuia în
rețeaua locală de alimentare cu energie electrică,
acest sistem fiind furnizor de energie electrică.
Imobilele prevăzute cu un asemenea sistem de
alimentare cu energie electrică, trebuie să fie
prevăzute cu câte un dispozitiv de măsură care să
contorizeze energia electrică furnizată în rețea, dar și
cu un contor pentru măsurarea consumului de energie
electrică absorbită din rețea.
În țările în care se încurajează utilizarea energiilor
regenerabile, cum este Germania de exemplu, prețul
cu care este cumpărată energia electrică furnizată de
acest sistem este mai mare decât prețul de vânzare a
energiei electrice.

În multe locații, viteza vântului este mică vara, iar soarele
are cea mai mare putere . În schimb vântul este mult mai
puternic iarna, când soarele are o mai mică putere .
Deoarece perioadele de maximă eficiență pentru cele 2
sisteme sunt complementare, un sistem hibrid poate
produce energie mai multă atunci când aveți nevoie de ea.

Un sistem hibrid eolian -solar cuprinde urmatoarele
componente principale :
Panouri fotovoltaice : transformă radiația solară în
energie electrică;
Turbina eoliana: transforma energia mecanica a vantului
in energie electrica;
Controler hibrid: comandă acumulatorii, îi încarcă și
descarcă în siguranță ;
Acumulatori : inmagazineaza energie produsa pentru a fi
consumata ulterior;
Invertor : transforma curentul continuu de la panouri în
curent alternativ .

a) Baliza fotovoltaică
Prezentare generală :
•aprindere/stingere automată în funcție de lumina naturală ;
•baliza luminoasă cu semnal intermitent pentru semnalizări fluviale și maritime ;
•lampă auxiliară pentru asigurarea funcționării în cazul arderii lămpii principale;
•LED indicator al defectării lămpii principale;
•control total al încărcării/descărcării bateriei de acumulatori;
•simplu de instalat și de utilizat ;
•LED indicator pentru starea de încărcare a bateriei;
•ideal pentru balize fotovoltaice fluviale și maritime în locuri neracordate la rețeaua electrică .
Caracteristici tehnice:
 Controler -ul de sistem: DAAF – 3BS/12V ;
 Tensiunea de lucru: 12 V ;
 Curentul max de încărcare: 8 A ;
 Modul fotovoltaic: 30 – 100 WP ;
 Baterie de acumulatori: 55 – 100 Ah ;
 Lămpi cu halogen: 2 x 10 W ;
 Consumul propriu: 6 mA ;
 Randament maxim: 96 % ;
 Temperatura de lucru: – 20 … + 50° C

b) Lampa fotovoltaică pentru iluminat exterior
Prezentare generală:
•aprindere/stingere automată în funcție de lumina
naturală ;
•lampă pentru iluminat public exterior (iluminat stradal, gospodării, ferme etc.), cu aplicabilitate în zone neracordate la rețeaua electrică;
•control total al încărcării/descărcării bateriei de acumulatori;
•simplu de instalat si de utilizat ;
•LED indicator pentru starea de încărcare a bateriei ;
Caracteristici tehnice :
Controler -ul de sistem: DAAF – 12IS;
Tensiunea de lucru: 12 V ;
Curentul maxim de încărcare: 8 A;
Modul fotovoltaic: 30 – 100 WP ;
Baterie de acumulatori: 55 – 100 Ah;
Lampă fluorescenta economică: 7 – 15 W
Consumul propriu: 6 mA ;
Randament maxim: 96 % ;
Temperatura de lucru: – 20 … + 50°C .

Lampa solară de stradă
Caracteristici tehnice :
♦Lampa: putere consumată : 5 – 18 W, funcționare :
2 – 4 ani, în funcție de operare ;
♦Modul ul fotovoltaic : putere maximă : 25 – 100W,
timp de viață : 15 – 20 ani ;
♦Baterie acumulatori : plumb -acid, 25 – 150Ah/ 12V,
timp de viață : 3 – 5ani ;
♦Controler funcții praguri de funcționare sistem la
încărcare și descărcare start/stop lampă automat ;
♦Montare modul fotovoltaic : suport pentru module
cu înclinare la unghi solar variabil .

c) Sistem hibrid fotovoltaic – eolian pentru alimentarea cu
energie a farului de la Sulina
Prezentare generală – caracteristici :
•Putere instalată:
– Generatorul fotovoltaic: 4,275 kW ;
– Generatorul eolian nr. 1: 1,5 k VA ;
– Generatorul eolian nr. 2: 3 k VA.
•Tensiunea continuă : 110 V ;
• Baterii : 110 V / 800 Ah ;
•Tensiunea alternativa (spre sarcina):220V/50 Hz;
•Puterea pe sarcină: 2 x 2,7 kW (2 invertoare cu forma de
undă sinusoidală).

d) Sistem fotovoltaic portabil
Prezentare generală:
Sistem modular portabil pentru iluminat și alimentare cu energie electrică a consumatorilor mici (radio, încărcare telefoane mobile, etc).
Principalele caracteristici tehnice:
•Lampă: putere consumată: 5W – 7W ;
•Modul fotovoltaic: putere maximă: 3 – 10 W,
timp de viață: 15 – 20 ani;
•Baterie acumulatori: plumb-acid, 4 – 12 Ah/12V ,
timp de viață: 3 – 5 ani;
•Controler baterie: deconectare sarcină – la
descărcare baterie si modul PV – la supraîncărcarea
bateriei.
Potențiali utilizatori: iluminat în locuri situate în
zone izolate (stâne, cantoane silvice, piscicultură, turism) .

e) Lanterna fotovoltaică
Destinație: iluminat pentru locuri izolate, turism,
aplicații speciale.
Caracteristici tehnice :
•Tensiune nominală : 2,4 V ;
•Putere modul fotovoltaic min. 0,5 W ;
•2 becuri cu incandescență 2, 2 V/ 0,18 A sau
2,5V / 0,20 A.

Alimentarea cu energie se face utilizând doi acumulatori CdNi min. 600 mAh /1,2 V ,
încarcarea acumulatorului se realizează în timpul zilei cu ajutorul modulului
fotovoltaic expus în aer liber la radiația solară directă, iar durata de viață a unui
acumulator este de 1000 cicluri .

Capitolul 7 – Aspecte economice și de piață
Costurile sistemelor PV
De la mijlocul anilor nouăzeci ai secolului trecut costurile sistemelor PV au
arătat o scădere treptată, care este cauzată de o creștere a eficienței sistemului, cu atât
mai mult cu cât a crescut si producția .
În timp ce în Europa de Vest prețul sistemelor fotovoltaice a fost de
aproximativ 15 € / Wp la inceputul anilor nouazeci, zece ani mai târziu acesta a scăzut
la aproximativ 5 €/Wp . Din cauza penuriei de siliciu cristalin, prețurile modulelor au
crescut în mod semnificativ în ultimul timp, crestere care a fost doar parțial compensată
de o scădere recentă a prețurilor invertoarelor .
În 2005 și 2006, prețul la cheie pentru sistemele PV de până la 10 kWp au
fost de la 6 la 6.5 € / Wp, și pentru sisteme mai mari, intre 5,5 – 6 € / Wp.
Pentru un sistem fotovoltaic de dimensiuni medii se pot face următoarea
defalcare a costurilor (tabelul 6.1).
Elementele de balansare a sistemului, înseamnă de obicei sistemul complet
minus module . Cu toate acestea, în defalcarea prezentata mai sus, costurile se definesc
pentru un sistem fără module si invertor .

Pentru un sistem fotovoltaic de dimensiuni medii se pot face următoarea
defalcare a costurilor:

Elementele de balansare a sistemului, înseamnă de obicei sistemul complet
minus module. Cu toate acestea, în defalcarea prezentata mai sus, costurile se definesc
pentru un sistem fără module si invertor. Componentele sistemului PV Costuri
[euro/ Wp]
Module 4,0 – 4,5
Invertor 0,5 – 1,0
Elemente de balansare a sistemului 1,0
Total 5,5 – 6,5

Beneficiile sistemelor PV

Costurile energiei electrice solare livrare este de aproximativ 0,5 € / kWh, în
Europa Centrală și Europa de Nord și de aproximativ 0,4 € / kWh, în sudul Europei .
Din păcate, tariful este semnificativ mai scăzut în majoritatea țărilor europene . De
asemenea, pentru sursele de energie regenerabila tarife de până la 0,1 € / kWh sunt
destul de uzuale . Aceasta determina, pentru sistemele P V, durate de recuperare a
investitiei dincolo de durata de viață tehnică .

În consecință, în cazul în care stimulentele pe electricitate solara nu sunt
suficiente pentru a crea un proiect fezabil economic, trebuie să fie considerate si alte
mijloace de aplicare a surselor regenerabile .
In special, in domeniul constructiilor, sistemele PV pot avea funcții
suplimentare, pe lângă producția de energie, de exemplu:
•un element de constructie, cum ar fi un element de acoperis, o parte din jaluzele, un
element de fatada etc.
•o functie arhitectonica sau estetica, de exemplu, ca parte a unui acoperiș sau fatada
incluse în perete ;
•parte a imaginii constructiei, care arată preocuparea pentru mediu a companiei,
proprietarului sau locuitorului .

Evolutia costurilor

În anii nouazeci și la începutul anilor 2000 costurile la cheie ale sistemelor PV
au scăzut cu 7 până la 10% pe an, cauza scaderii fiind, în principal, reducerea costurilor
specifice productiei . In perioada 2004 – 2005 acest proces a încetinit din cauza cererii
mari de siliciu cristalin, în industria semiconductoarelor .
Sectorul PV are asteptari mari de la celule PV subțiri (film) care pot fi mai
puțin costisitoare . Cu toate acestea, actualmente costurile pe Wp ale celulelor PV subțiri
(film) și de siliciu cristalin sunt comparabile, datorita eficientei mai mici a celulelor cu
peliculă subțire .
Se anticipează ca pentru următorii ani costurile celulelor de siliciu cristalin
vor rămâne stabile (variatii de până la 5% anual) . Cu toate acestea, potențialul de
rentabilitate a celulelor cu film subtire este mult mai bun. Îmbunătățiri ale eficienței
acestor celule, precum și volume de producție mari, care duc la avantaje la scară largă,
pot duce la scăderea considerabilă a costurilor anuale . Procente de reducere a costurilor
de 10% sau mai mult pot fi realizabile. Cu toate acestea, ar fi nevoie de cel puțin un
deceniu pentru a eficientiza costurile celulelor solare P V, fără necesitatea de stimulente
suplimentare .
Fără stimulente pentru sursele de energie regenerabilă (în mod specific pentru
PV), trebuie avut în vedere că un preț de cost de 1 € / Wp și chiar mai jos este necesar
pentru a instala sisteme PV rentabile .

Impozite si stimulente

În prezent, nu exista încă o tehnologie profitabila pentru a converti energia
solară în energie electrică . Actualmente, pentru promovarea aplicării pe scara larga a
sistemelor P V, sunt necesare stimulente din partea autorităților locale, guvernelor
naționale și/sau Uniunii Europene .
Principalul motiv pentru acordarea de stimulente este că sistemele PV
reprezinta o sursă de energie curată, fără generare de gaze cu efect de seră sau a altor
forme de poluare a mediului .
Germania și Spania sunt exemple bune, în care stimulentele pot spori
semnificativ instalarea de echipamente fotovoltaice conectate la rețea.
În Germania, pretul energiei electrice livrate in retea din surse PV este
cuprins între 0,55 € / kWh, pentru instalațiile mici (încorporate în cladiri ), și
0,45 € / kWh, pentru instalațiile mari, inclusiv pentru centrale PV la sol.
În Spania, acest pret este cuprins intre aproximativ 0,40 € / kWh, pentru
instalațiile PV de până la 100 kWp , și 0,20 € / kWh, pentru centralele cu putere
instalată mai mare .
Alte țări europene nu au specificari tarifare pentru energia electrica produsa
de sistemele PV și nici nu acorda stimulente pentru funcționarea economică a
sistemelor P V, dar au stimulente (chiar daca sunt nesatisfacatoare) pentru alte surse de
energie regenerabilă .

Politici si reglementari

Comisia Europeană s-a angajat să atinga o tinta ambitioasa pentru creșterea
gradului de utilizare a surselor regenerabile . Documentul principal care defineste
politica UE cu privire la aplicarea surselor regenerabile de energie este Carta albă
privind energia regenerabilă, din noiembrie 1997 . Obiectivul european este producerea
de 12% din energie – consumul brut la EU in 2010 – exclusiv din surse regenerabile .
Carta albă prevede necesitatea unei contribuții de 3.000 MWp din instalatii P V, varianta
conectate la retele clasice . Pe baza actualei capacitati instalate de sisteme PV in
Europa, Industry Association (EPIA), a solicitat ca obiectivul sa fie ridicat la
4000 MWp .

Concluzii

Aceste consideratii privind costuri si beneficii, se referă doar la energia solar ǎ ca
element de producere a energiei electrice regenerabile în instalatii fotovoltaice (PV) .
Deși utilizarea ei este încă limitată, energia solară este considerat ǎ în întreaga lume ca
sursa de energie durabilă cea mai promițătoare pentru viitor .
Domeniul de aplicare al sistemelor PV este multiplu, de exemplu, sisteme de
sine-statatoare , aplicații spațiale, ferme cu sisteme bazate pe puteri mari, diverse
aplicatii in constructii și aplicații privind întreprinderile mici, gadget -uri personale sau
de uz casnic și unelte .
Modul cel mai frecvent de a utiliza celulele PV este de producere de energie
electrică în cadrul centralelor racordate la rețelele de distributie . Accentul utilizarii
sistemelor PV conectate la retea se pune in domeniul cladirilor . În Europa occidentala,
sistemele PV aplicate în constructii sunt din ce in ce mai utilizate, foarte multe din
acoperisurile cladirilor de birouri, industriale sau rezidențiale avand integrate astfel de
sisteme . Un avantaj important al acestor sisteme este că generarea și utilizarea de
energie electrică se produc in acelasi loc.
Majoritatea celulelor fotovoltaice și modulelor sunt produse din material de
siliciu cristalin . În ultimul deceniu, costurile de sisteme PV s-au diminuat cu circa 70%,
de la aproximativ 15 € / Wp la inceputul anilor nouazeci la 5 € / Wp la inceputul anului
2000. În prezent, prețul a crescut din nou cu 10% până la 20%, din cauza penuriei de
siliciu cristalin .