Specializarea: ELECTROMECANICĂ [301675]

UNIVERSITATEA “DUNĂREA DE JOS” [anonimizat], INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ELECTRONICĂ

Specializarea: ELECTROMECANICĂ

LUCRARE DE LICENȚĂ

Coordonator științific,

Ș.l. drd. ing. PARASCHIV ION

Absolvent: [anonimizat]

2016

UNIVERSITATEA “DUNĂREA DE JOS” [anonimizat], INGINERIE ELECTRICĂ ȘI ELECTRONICĂ

Specializarea: ELECTROMECANICĂ

SISTEME FOTOVOLTAICE UTILIZATE ÎN ALIMENTAREA LOCUINȚELOR IZOLATE

GALAȚI

2016

CUPRINS

INTRODUCERE………………………………………………………………………………………………………..3

CAPITOLUL I. SURSE DE ENERGIE REGENERABILA…………………………………………5

1.1 Energia solara………………………………………………………………………………………………………..5

1.2 Energia eoliană……………………………………………………………………………………………………….8

1.3 Energia hidraulica…………………………………………………………………………………………………12

CAPITOLUL II. CELULA FOTOVOLTAICĂ…………………………………………………………16

2.1 Principiul de funcționare………………………………………………………………………………………..17

2.2 Modelul matematic……………………………………………………………………………………………….18

2.3 Caracteristicile tehnice ale celulelor solare……………………………………………………………….20

2.4 Clasificarea celulelor solare……………………………………………………………………………………22

2.5 Compararea caracteristicilor tehnice a celulelor solare……………………………………………..26

2.6 Moduri de asamblare……………………………………………………………………………………………..28

2.7 Conversia energiei solare în energie electrică……………………………………………………………32

CAPITOLUL III. SISTEME FOTOVOLTAICE……………………………………………………….37

3.1 Descrierea unui sistem fotovoltaic…………………………………………………………………………..37

3.2 Configurații ale sistemelor……………………………………………………………………………………..41

3.3 Echipamente componente ale sistemelor fotovoltaice………………………………………………43

3.4 Generalitați are sistemelor fotovoltaice……………………………………………………………………49

3.5 Proiectari ale unui sistem fotovoltaic……………………………………………………………………….57

3.6 Exemple de sisteme fotovoltaice neconectate la rețea……………………………………………..60

CAPITOLUL IV. STUDIU DE CAZ: SISTEME FOTOVOLTAICE UTILIZATE ÎN ALIMENTAREA UNEI LOCUINȚE IZOLATE………………………………………………………64

4.1 Dimensionarea unui sistem fotovoltaic……………………………………………………………………64

4.2 Aplicație: sistem fotovoltaic…………………………………………………………………………………..69

BIBLIOGRAFIE……………………………………………………………………………………………………..75

INTRODUCERE

De-a lungul istoriei mai multe forme de energie regenerabile și non-regenerabile au fost folosite de către oameni.

Lemnul a fost cea mai veche sursă de energie folosită de umanitate, fiind folosit ca sursă de energie termică, prin ardere, lemnul fiind în continuare o sursă importantă de energie.Arderea lemnului a fost importantă atât pentru a găti cât și pentru a oferi căldură, permițând oamenilor să supraviețuiască în condiții climatice mai reci, în absența relativă a oxigenului, combustia parțială produce cărbunele, care la rândul lui este o sursă de energie mai puternică și mai compactă.

Puterea apelor, a înlocuit animalele ca sursă de energie pentru punerea în mișcare a morilor oriunde aceasta era disponibilă. Energia apelor continuă să fie cea mai ieftină sursă de energie pe glob. De-a lungul istoriei, dar și în prezent, hidroelectricitatea oferă mai multă energie regenerabilă decât oricare altă sursă de energie regenerabilă.

Puterea vântului a fost folosită pe parcursul mai multor sute de ani. Originar a fost folosită sub formă de mori de vânt cu pale mari din pânze, care se învârteau încet, cum sunt cele din Olanda.Aceste mari mori de vânt erau folosite pentru a pompa apa. În prezent s-a observat o înmulțire a fermelor eoliene, care folosesc noi generații de turbine eoliene mari, ce sunt puse în mișcare de vânturi puternice. Aceste turbine au două sau trei pale imense și, de obicei, se rotesc cu viteze mici. În prezent, industria eoliană este industria cu cea mai mare creștere din întreaga lume.

Energia solară, ca sursă directă de energie nu a fost captată de sisteme mecanice până de curând, prin intermediul arhitecturilor în anumite civilizații de-a lungul istoriei. Abia în secolul 20, energia solară a început să fie explorată prin intermediul unei arhitecturi mai avansate, prin intermediul unor sisteme mecanice de captare sau prin intermediul celulelor fotovoltaice. În prezent, energia solară este tot mai mult folosită pentru încălzire sau pentru producerea energiei electrice.

Energia solara ar putea asigura de 5.000 de ori mai multa energie decat nivelul actual de consum.Deocamdata exploatam numai 5.000 MW, ceea ce reprezinta numai 0,15% din producția totala de energie a omenirii.Se poate remarca usor că energia solară este deocamdata o sursă slab folosită.

Exista multe modalitați de utilizare efectivă a energiei solare.Aplicațiile energiei solare pot fi grupate in două mari categorii primare- producerea de apă caldă menajeră (ACM) și incălzirea spațiilor (domeniile in care energia solară iși găsește cea mai larga aplicație în prezent) obținerea de energie electrică.

Încercările recente de a capta energia valurilor au început în jurul anului 1970 și au fost efectuate de profesorul Steven Salter. În prezent, există câteva dispozitive pilot care generează energie electrică în rețea, și multe alte dispozitive în diferite stagii de dezvoltare și testare.

CAPITOLUL I. SURSE DE ENERGIE REGENERABILA

Termenul „sursă de energie regenerabilă” se referă la sursele naturale „veșnice” cum sunt Soarele, vântul si apa. Sistemele de energie regenerabilă convertesc aceste surse naturale de energie în energie utilă (electrică și termică).Lumina și căldura radiate de Soare au fost utilizate de oameni încă din antichitate cu ajutorul mai multor tehnologii îmbunătățite permanent. Radiația solară împreună cu celelalte surse secundare de energie, cum ar fi energia vântului și energia valurilor, electricitatea hidro și biomasa, reprezintă cea mai mare parte din energia provenită din sursele regenerabile disponibile pe Pământ.

Tipuri de energii:

Energia solară: provine din energia Soarelui ce este trimisă spre Pământ și captată de PV;

Energia eoliană: provine din puterea vânturilor care pune în mișcare o turbină ce generează energie electrică;

Energie hidraulică: provine din energia potențială a căderilor de apă și a mareelor sau din energia cinetică a valurilor.

1.1 Energia solara

Soarele emite în mod continuu cantități uriașe de energie, o parte din această radiație ajunge pe Pamânt. Cantitatea de energie ce ajunge pe Pământ intr-o zi este mai mare decât întregul consum al Pământului pe durata unui an întreg. Totuși, nu toată energia Soarelui ajunge pe solul Pământului,o parte este absorbită de atmosferă sau reflectată înapoi în spațiu.

Soarele la ora actuală este cea mai mare sursă de energie, fiind inepuizabilă si una dintre cele mai curate forme de energie.Această energie poate fi folosită la:

prepararea apei menajere;

încălzirea spațiilor de locuit;

încălzirea apei pentru piscine;

instalații de aer condiționat;

iluminatul casnic și alimentarea aparatelor casnice;

iluminatul stradal, curte, gradină.

Pentru a alimenta toți acești consumatori , anual pe continente se primesc in jur de 1,5 x kWh, de 10 000 de ori mai mult decât consumul energetic mondial. Energia solară poate fi captată și transformată fie în energie electrică prin utilizarea tehnologiilor fotovoltaice (PV=panou fotovoltaic), fie în energie termică, prin utilizarea diferitelor tipuri de panouri solare termice.

Panourile fotovoltaice sunt dispozitive ce transformă energia solară în energie electrică.Principala lor problemă este vremea care este imprevizibilă și poate afecta acumularea de energie solară.

Pe de altă parte sistemele fotovoltaice nu utilizează decât o mică parte din radiația solară pentru a produce energie electrică. Restul energiei primite la suprafață este transformată în căldură, ce conduce la creșterea temperaturii celulelor componente și la scăderea randamentului lor.

Panoul solar termic exploateaza razele solare in scopul incalzirii unui lichid pe care il contine in interior, si care, la randul sau, prin intermediul unui schimbator de caldura, incalzeste apa continuta intr-un rezervor care functioneaza ca si acumulator : energia termica se inmagazineaza in rezervor pentru a putea fi utilizata chiar si atunci cand expunerea la soare e limitata sau inexistenta, de ex in timpul noptii. Permite obtinerea apei calde in principal pentru utilizarea domestica, pentru incalzirea apei sau a ambientului.

Colectorii solari sunt legati intre ei in serie si in paralel, astfel incat sa reuseasca sa produca o cantitate suficienta de apa calda cu o temperatura cuprinsa intre 50°C si 160 °C. Un metru patrat de panou poate incalzii la temperatura de 45/60°C pana la 300 l/zi in functie de conditiile climatice.

În România cantitatea de energie provenită din radiația solară are o valoare medie evaluată la 1100 KWh/m2/an. Potențialul energetic solar se împarte în cinci zone din care zona 0 cu potențial de peste 1250 KWh/m2/an iar zona IV cu potențial sub 950 KWh/m2/an.

Radiația solară cu valori mai mari de 1200kWh/m2/an se înregistrează pe o suprafață mai mare de 50% din suprafața totală a țării. Utilizarea potențialului energetic solar prin sisteme fotovoltaice se face în principal pentru alimentarea cu energie electrică a unor consumatori izolați cu consumuri mici de energie. Potențialul exploatabil prin sisteme fotovoltaice în România este apreciat la 1200 GWh/an.

Tabelul 1.1 Capacitățile energetice pe sistemele fotovoltaice pentru perioadele 2003-2010 și 2011-2015

Nivelul de insolație reprezintă cantitatea de energie solară care pătrunde în atmosferă și ajunge pe suprafața pământului.Această cantitate de energie variază în funcție de poziția geografică si perioada anului.

Fig.1.1 Radiatia solara in Romania

Zona rosie ( >1650kWh/mp/an ) coincide cu zona de sud, respectiv Oltenia, Muntenia, Dobrogea si sudul Moldovei.

Zona galbena ( 1300 – 1450 kWh/mp/an ) aici gasim regiunile carpatice si subcarpatice ale Munteniei, Transilvania, mijlocul si partea de nord a Moldovei si intreg Banatul.

Zona albastra ( 1150 – 1300 kWh/mp/an ) regiunile de munte.

1.2 Energia eoliană

Energia eoliană,ca si energia solară, este inepuizabilă si nepoluantă doar ca se bazează pe puterea vântului pentru a pune in miscare turbina eoliana.

Puterea vântului a fost folosită pe parcursul mai multor sute de ani, originar sub formă de mori de vânt cu pale mari din pânză care se învârteau încet cum sunt cele din Olanda.Aceste mori de vânt erau folosite pentru a pompa apa.

În prezent s-a observat o înmulțire a fermelor eoliene care folosesc generații noi de turbine eoliene ce sunt puse în mișcare de vânturi puternice. Aceste turbine au două sau trei pale imense și de obicei se rotesc cu viteze mici.

Pentru a invârti turbinele eoliene este nevoie de o putere de pana la 5 MW, aceasta putere este obitnuta de vanturi cu viteza de 5.5 m/s (20 km /h).Vanturile se obtin din incalzirea neuniforma a Pamantului de catre Soare care produc curenti de aer. Puține zone pe pământ au aceste viteze ale vântului, dar vânturi mai puternice se pot găsi la altitudini mai mari și în zone oceanice.

Din anul 1999 si pana in 2006 productia energiei eoliene a crescut de 5 ori, care a facut ca produecerea energiei eoliene să fie semnificativă in unele țări ca Danemarca (24%), Spania si Portugalia(14%), Irlanda si Germania (5,3%), iar in Romania numai 1,6%.

Tabelul 1.2 Resursele de vant ale Romaniei la 50 m inaltime pentru diferite conditii topografice

In țara noastra Cehia a instalat 115 turbine in localitatea Fantanele din care 90 dintre ele fiind deja legate la reteaua locala.In anul 2009 in Romania puterea eoliana instalata era de 14 MW iar in 2011 puterea eoliana era de 850 MW.Pretul pentru 1 Mw instalat este de 1,6 milioane de euro.In anul 2014 Romania a atins procentajul de 24% din consumul final brut de energie.

Fig. 1.2 Potentialul Romaniei in domeniul producerii de energie verde

Prima turbina eoliana a fost folosita in Persia in anul 200 inainte de Hristos. In anul 250 dupa Hristos in Imperiul Roman au inceput sa se foloseasca pentru macinarea granelor iar mai tarziu in secolul al XIV-lea s-au folosit la scara larga in Olanda pentru a drena zonele mlastinoase.

Prima turbina eoliana ce producea curent electric a fost realizata in laborator in 1887 de catre James Blyth in Scotia. A fost instalata in Statele Unite ale Americii in anul 1888 iar in 1908 existu deja instalate 72 de astfel de turbine avand puteri de la 5 KW pana la 25 KW. Prima turbina eoliana conectata la reteaua publica de energie electrica a fost in 1954 in Islanda aband o putere de 100KW.

In prezent cea mai mare turbina are capacitatea de 6MW avand o inaltime de 198m si un diametru de 126m. Aceasta turbina a fost produsa de o firma germana renumita dar sunt semnale ca acest record va fi doborat in curand de o alta firma britanica.

Fig. 1.3 Principiul de functionare al unei turbine eoliene

Vantul intră in palele turbinei care pune in miscare rotorul si arborele de viteză mică care la randul lui angrenează arborele de viteză mare pe care se află si generatorul de producere aenergiei electrice.De aici energia pleaca mai departe spre invertor, reteaua locala si consumator.Celalalte accesorii ajută la sustinerea turbinei si orientarii in directia vantului.

Avantaje:

reducerea arderii combustibililor fosili;

emisia de substante poluante este 0;

costuri reduse pe unitate de energie produsă;

se pot recicla integral fara costuri foarte mari.

Dezavantaje:

poluare vizuala;

poluare sonoră;

necesită terenuri mari pentru instalarea lor;

variația vantului.in unele zone ale Pamantului vantul este foarte slab si nu se poate produce destulă electricitate.

Fig. 1.4 Structura unui sistem eolian

Energia eoliana este considerata ca una din optiunile cele mai durabile dintre variantele viitorului, resursele vantului fiind imense. Se estimeaza ca energia eoliana recuperabila la nivel mondial se situeaza la aproximativ 53 000 TWh (TerraWatt ora), ceea ce reprezinta de 4 ori mai mult decat consumul mondial actual de electricitate.

In Europa, potentialul este suficient pentru asigurarea a cel putin 20% din necesarul de energie electrica pana in 2020, mai ales daca se ia in considerare noul potential offshore.

1.3 Energia hidraulica

Prima hidrocentrală din lume este Cragside, în Rothbury, Anglia,construită în 1870. A fost prima casă din lume care a utilizat energia hidroelectrică.Construită într-o zonă muntoasă, a fost casa de vacanță a lordului WilliamGeorge Amstrong și după 1870 a trecut în grija NationalTrust.

În 1868 a fost instalat un motor hidraulic utilizat în spălătoria de rufe, în rotiserie și pentru acționarea liftului hidraulic.În 1870 apa din unul din lacurile deținute pe proprietate a fost utilizată pentru a învârti un dinam ,aceasta fiind probabil prima centrală hidroelectrică din lume.Proliferarea surselor de energie pe seama centralelor hidroelectrice a fost privita, de toate tarile care aveau privilegiul natural de a o putea folosi, ca o parte fundamentala a valului viitorului.

Productia de energie hidroelectrica in Romania este dominata de stat prin compania „Hidroelectrica”, evaluata in 2007 ca fiind cea mai mare companie de stat, cu o valoare de 3,5 miliarde Euro.In anul 2006, energia furnizata de centrale si micro-centrale hidroelectrice a fost de 18,2 TWh, la o putere instalata de 6 235 MW.

S.C. HIDROELECTRICA S.A. este cel mai mare producator de energie din Romania,cel mai mare furnizor de servicii de sistem din Romania(cca 80% din totalul serviciilor), asigurand prin aceasta stabilitatea Sistemului Energetic National.

Energia de proiect corespunzatoare unui an hidrologic mediu este de 17,46TWh.La 31.12.2010 Hidroelectrica avea o putere totala instalata de 6438MW repartizata in:

247 grupuri cu Pi>10MW instalate in 106 centrale;

46 grupuri cu 4MW< Pi ≤ 10MW instalate in 23 centrale;

285 grupuri cu Pi≤ 4MW instalate in 139 centrale;

5 statii de pompare cu Pi totala de 91,5MW.

Hidroagregatele sunt echipate cu:

turbine tip Kaplan (Fig. 3.1), puterea maxima instalata pe grup este de 194,4MW, la cele 6 grupuri din CHE Portile de Fier I;

turbine tip Francis, puterea maxima instalata pe grup este de 167,5MW, la cele 2 grupuri din CHE Raul Mare;

turbine tip Pelton, puterea maxima instalata pe grup este de 170MW,la cele 3 grupuri din CHE Lotru-Ciunget;

turbine tip Bulb si Bulb reversibile, puterea maxima instalata pe grup este de 31,4MW, la cele 10 grupuri din CHE Portile de Fier II si Gogosu (bulb lassic) si 13,25MW la cele 20 grupuri reversibile ale amenajarii Olt Inferior.

Fig. 1.5 Schema unei hidrocentrale prevazuta cu o turbina Kaplan

Printr-un baraj de acumulare a apei pe cursul unui rau unde poate fi prezenta si o cascada se realizeaza acumularea unei energii potentiale, trasformata in energie cinetica prin rotirea turbinei hidrocentralei.Aceasta miscare de rotatie va fi transmisa mai departe printr-un angrenaj de roti dintate generatorului de curent electric, care prin rotirea rotorului generatorului intr-un camp magnetic, va transforma energia mecanica in energie electrica.

Puterea unei hidrocentrale este determinata de debitul de apa, de diferenta de nivel si de randamentul hidraulic si cel al echipamentului.Hidrocentralele moderne au un randament ridicat prin intermediul turbinelor si generatoarelor ce pot realiza un randament de pana la 90%.Puterea unei instalatii ce utilizeaza o cadere depinde de doi factori:

Debit: trecerea unei cantitati de apa printr-un punct intr-o unitate de timp.

Salt: denivelarea intre altitudinea unde este prezenta resursa hidrica extinsa si locul unde aceasta este restituita ambientului prin intermediul unei turbine.

Puterea unei instalatii ce utilizeaza un curent de apa, in schimb, depinde de rapiditatea curentului si de suprafata activa a turbinei, asemanator modului in care se genereaza energia electrica cu o instalatie eoliana, insa in comparatie cu viteza curentului si suprafetei turbinei un sistem hidraulic dezvolta o putere de 10 ori mai mare fata de un sistem eolian.

Energia hidroelectrica reprezinta o sursa importanta de energie, deoarece apa este considerata sursa inepuizabila, acoperind o mare parte din suprafata globului pamantesc. Importanta acesteia este redata deasemenea, prin următoarele avantaje:

economice: randament ridicat, costuri reduse, viață lungă;

ecologice: nu poluează mediul înconjurator.

Astăzi, apelând la sursele de energie ale planetei, nevoile întregii umanități pot fi îndeplinite folosind energia hidroelectrica, asigurand o furnizare suficientă de electricitate. Mecanismele structureaza un echilibru intre un nivel inalt de protectie al mediului inconjurator, cu activitatile care presupun utilizarea apelor.

CAPITOLUL II. CELULA FOTOVOLTAICĂ

Celula fotovoltaică este un dispozitiv care convertește energia solară de la Soare în electricitate, ele au o arie mare de raspândire cum ar fi: calculatoare, ceasuri, mașini. În ultimul timp celulele solare sunt folosite din ce în ce mai des pentru iluminarea caselor, nu generează dioxid de carbon , deci nu contribuie la încălzirea globală. Celulele nu produc nici oxid de sulf sau oxid de azot care duc la ploi acide.

Spre deosebire de combustibilii fosili (petrol, cărbuni, gaze naturale) care au resurse limitate, energia solară este practic infinită.O celulă fotoelectrică poate fi asimilată cu o o dioda fotosensibilă, funcționarea ei bazându-se pe propietățile materialelor semiconductoare.

Celula fotoelectrică permite conversia directă a energiei luminoase în energie electrică. Principiul de funcționare se bazează pe efectul fotoelectric.De fapt, o celula este constituită din două straturi subțiri de material semiconductor. Cele două straturi sunt dopate diferit:

– pentru stratul N, aport de electroni periferici;

– pentru stratul P, deficit de electroni.

Fig. 2.1 Structura unei celule solare

Între cele două straturi va apare o diferență de potențial electric. Energia fotonilor luminii, captați de electronii periferici (stratul N) le va permite acestora să depășească bariera de potențial si să creeze astfel un curent electric continuu.

Pentru colectarea acestui curent, se depun, prin serigrafie, electrozi pe cele două straturi semiconductoare. Electrodul superior este o grilă ce permite trecerea razelor luminoase. Pe acest electrod se depune apoi un strat antireflectorizant, pentru cresterea cantității de lumină absorbită.

2.1 Principiul de funcționare

Celulele solare pe bază de materiale semiconductoare în principiu sunt construite ca niște fotodiode cu suprafață mare care însă nu se utilizează ca detectoare de radiații ci ca sursă de curent.

Interesant la acest tip de semiconductoare este că prin absorbție de energie, caldură sau lumină, eliberează purtatori de sarcină, electroni și goluri. Este nevoie de un câmp electrostatic intern pentru ca din acești purtători să se creeze un curent electric dirijandu-i in direcții diferite.

Acest câmp electric intern apare în dreptul unei joncțiuni p-n. Pentru că intensitatea fluxului luminos scade exponențial cu adancimea, această joncțiune este necesară să fie cât mai aproape de suprafața materialului și să se patrundă cât mai adânc.

Această joncțiune se creează prin impurificarea controlată. Pentru a realiza profilul dorit, în mod normal se impurifică „n” un strat subțire de suprafata și „p” stratul gros de dedesubt în urma căruia apare joncțiunea. Sub acțiunea fotonilor apar cupluri electron-gol în joncțiune, din care electronii vor fi accelerați spre interior, iar golurile spre suprafață. O parte din aceste cupluri electron-gol se vor recombina în joncțiune rezultând o disipare de caldură, restul curentului putând fi utilizat de un consumator, încărcat într-un acumulator sau prin intermediul unui invertor livrat în rețeaua publică.

Tensiunea electromotoare maxima la bornele unei celule solare este de 0,5 V.Structura celulelor solare se realizează în asa mod încât să absoarbă cât mai multă lumină și să apară cât mai multe sarcini în joncțiune. Pentru aceasta electrodul de suprafată trebuie să fie transparent, contactele la acest strat să fie pe cât posibil de subțiri, pe suprafața se va aplica un strat antireflectorizant pentru a micșora gradul de reflexie a luminii incidente. Acestui strat antireflectorizant i se atribuie culoare negru-albăstruie a celulelor solare care fară aceasta ar avea o culoare gri-argintie.

Grosimea stratului influentează culoarea celulei (culoarea de interferentă). Grosimea stratului trebuie să fie cât se poate de uniformă, deoarece abateri de cațiva nanometri măresc gradul de reflexie. Celulele își datorează culoarea albastră realizării unei grosimi ce corespunde lungimii de undă a culorii roșii, culorea cea mai bine absorbită de siliciu. În principiu însa în acest mod se pot realiza celule roșii, galbene, sau verzi la cerințe arhitectonice deosebite, dar vor avea un randament mai slab. În cazul nitratului de siliciu și a bioxidului de siliciu stratul antireflectorizant mai are și un rol de a reduce viteza de recombinare superficiala.

2.2 Modelul matematic

Modelul matematic al celulei fotoelectrice se poate obține, plecând de la cel al joncțiunii PN. Se adaugă curentul Iph, proporțional cu iluminarea și un termen ce modelează fenomenele interne. Curentul I furnizat de celulă se poate scrie:

(2.1)

(2.2)

în care:

• Iph – fotocurent, sau curent generat prin iluminare [A];

• I0d – curent de saturație [A];

• Rs – rezistența serie [Ω];

• Rsh – rezistența paralel [Ω];

• k – constanta lui Boltzmann (k = 1,38.10-23);

• q – sarcina electronului (q = 1,602.10-19 C);

• T – temperatura celulei (°K).

Expresia de mai sus se poate deduce din schema echivalentă:

Fig. 2.2 Schema echivalentă a unei celule solare

– dioda modelează comportamentul celulei în intuneric.

– sursa de curent modeleaza curentul Iph generat prin iluminare.

– rezistentele modeleaza pierderile interne:

rezistența serie Rs – modelează pierderile ohmice ale materialului;

rezistența paralel Rsh – modelează curenții paraziți ce parcurg celula.

Ideal, se poate neglija Rs și I fața de U, și să se lucreze cu un model simplificat:

(2.3)

Cum rezistența paralel este mult mai mare decât rezistența serie, se poate neglija curentul prin Rsh.

(2.4)

Astfel putem obține schema echivalentă simplificată care corespunde celulei ideale:

Fig. 2.3 Schema echivalentă simplificată a unei celule solare

2.3 Caracteristicile tehnice ale celulelor solare

Parametrii tehnici ai celulelor solare sunt dați pentru condiții standard (STC, Standard Test Conditions):

– intensitate luminoasă de 1000 W/m2 in zona panoului;

– temperatura celulei solare constant 25 °C;

– spectrul luminii AM 1,5 global.

Se definește randamentul energetic al unei celule, ca fiind raportul dintre puterea electrică maximă și puterea incidentă:

(2.5)

în care:

• E – iluminarea [W/m²];

• S – suprafața activă a panourilor [m²];

• Pm – puterea maximă masurată în condițiile STC (Standard Test Conditions), respectiv în spectrul AM1.5, la o temperatură de 25°C și iluminare de 1000 W/m².

Randamentul unei celule este, în general, destul de scăzut, de ordinul 10 – 20%. În aceste condiții, materialul fotoelectric cel mai utilizat este siliciul, care reprezintă o soluție economică. Pentru astfel de celule, randamentul energetic nu depasește 15%.

Pe baza caracteristicilor curent-tensiune și putere-tensiune, se pot obține și alți parametrii:

• Curentul de scurtcircuit Icc, respectiv curentul debitat de celulă, atunci cand tensiunea la bornele sale este nulă. Practic, acest curent este foarte apropiat de fotocurentul Iph.

• Tensiunea în gol Vco, respectiv, tensiune la bornele celulei, atunci când curentul debitat este nul.

• Între cele două extreme, există un optim care oferă puterea maximă Pmax sau MPP (Maximum Power Point).

• Factorul de formă, care arată cât de ideală este caracteristica, respectiv raportul:

(2.6)

Randamentul celulelor solare comerciale este de circa 20 %, iar modulele construite cu acestea ating un randament de circa 17 %. Recordul pentru celulele fabricate în condiții de laborator este de 24,7 % , din care s-au confecționat panouri cu un randament de 22 %. Prețul acestor module fabricate prin procedeul de topire zonală este de circa 200 Euro pe celulă la o suprafață a celulei de 21,6 cm2, corespunzând unui cost de 5-10 Euro/W.

În spațiu constanta solară este mai mare decât iluminarea globală pe Pamânt, totodata celulele solare îmbătrânesc mai repede. Panourile pentru sateliți ating momentan un randament de 25 % la o durată de viața de 15 ani.

2.4 Clasificarea celulelor solare

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 intrebuințează, de exemplu, ca materiale semiconductoare combinațiile CdTe, GaAs sau CuInSe, dar cel mai des folosit este siliciul. După structura de bază deosebim materiale cristaline(mono-policristaline) respectiv amorfe.

În fabricarea celulelor fotovaltaice pe langă materiale semiconductoare, mai nou, există posibiltatea utilizării materialelor organice sau a pigmenților organici.

Cel mai utilizat material pentru realizarea fotopilelor sau a celulelor solare este siliciul, un semiconductor de tip IV. Acesta este tetra-valent, ceea ce înseamnă că un atom de siliciu se poate asocia cu patru alți atomi de aceeași natură. Se mai utilizează arseniura de galiu și straturi subțiri de CdTe (telura de cadmiu), CIS (cupru-indiu-diseleniu) și CIGS (cupru-indiu-galiu-diselenat).

Fig. 2.4 Tipuri de celule solare

O primă clasificare a celulelor se poate face dupa tipul de material din care este alcătuită celula. Celulele pot fi fabricate din mai multe tipuri de otentia:

Celule pe baza de siliciu

Strat gros:

Celule monocristaline (c-Si) randament mare – în producția în serie se pot atinge până la peste 20 % randament energetic, tehnica de fabricație pusă la punct; totuși procesul de fabricație este energofag, ceea ce are o influență otentia asupra periodei de recuperare (timp în care echivalentul energiei otential în procesul de fabricare devine egal cantitatea de energia otentia).

Celule policristaline (mc-Si) la producția în serie s-a atins deja un randament energetic de peste la 16 %, cosum otentia mic de energie în procesul de fabricație, și pană acum cu cel mai bun raport preț – performantă.

– Strat subțire:

Celule cu siliciu amorf (a-Si) au cel mai mare segment de piață la otenti cu strat subțire; randament energetic al modulelor de la 5 la 7 %; nu există strangulări în aprovizionare chiar și la o producție de otenti TeraWatt

Celule pe bază de siliciu cristalin, ex. Microcristale (µc-Si) în combinație cu siliciul amorf randament mare.

Celule pe bază de elemente semiconductoare din grupa III-V

Celule cu GaAs au randament mare, foarte stabile la schimbările de otential, la încalzire au o pierdere de putere mai ote decât la celulele cristaline pe bază de siliciu, robust vizavi de radiația otential, tehnologie scumpă, se utilizează de obicei în industria spațială (GaInP/GaAs, GaAs/Ge)

Celule pe bază de elemente semiconductoare din grupa II-VI

Celule cu CdTe utilizează o tehnologie foarte avantajoasă CBD(depunere de otenti subțiri pe suprafețe mari în mediu cu Ph , otential și concentrație de regent controlate) ; în laborator s-a atins un randament de 16 %, dar modulele fabricate pâna acum au atins un randament sub 10 %, dar nu se cunoaște fiabilitatea. Din motive de protecția mediului este improbabila utilizarea pe scara largă.

Celule CIS, CIGS

CIS este prescurtarea de la Cupru-Indiu-Diselenid produs în stație pilot la firma Würth Solar în Marbach am Neckar, otential Cupru-Indiu-Disulfat la firma Sulfurcell în Berlin, iar CIGS pentru Cupru-Indiu-Galiu-Diselenat produs în statie pilot în Uppsala în Suedia. Producatorii de mai sus promit trecerea la producția în masă în anul 2007.

Celule solare pe bază de compuși organici

Tehnologia bazată pe chimia organică furnizează compuși care pot permite fabricarea de otenti solare mai ieftine. Prezintă, totusi, un impediment faptul că aceste otenti au un randament redus și o durată de viață redusă (max. 5000h). Înca nu există otenti solare pe bază de compusi organici pe piață.

Celule pe baza de pigmenți

Numite și otenti Grätzel utilizează pigmenți naturali pentru transformarea luminii în energie electrică; o procedură ce se bazează pe efectul de fotosinteză. De obicei sunt de culoare mov.

Celule cu electrolit semiconductor

De exemplu soluția: oxid de cupru, NaCl. Sunt otenti foarte ușor de fabricat dar puterea și siguranța în utilizare sunt limitate.

Celule pe bază de polimeri

Deocamdată se află doar în faza de cercetare.

Un alt criteriu de clasificare îl reprezintă structura de bază a meterialelor:

Celule solare cristaline

La celulele solare actuale randamentul este de circa 12 – 17 %. Adesea fabricantul acordă o garanție la randament de 80 – 85 % (la puterea de vârf) dupa 20 ani.Rezultă deci dupa un timp de utilizare îndelungat pierderi destul de limitate, ceea ce îndreptațește utilizarea sistemelor cu panouri solare.

Pentru îmbătrânirea propriu-zisă a celulelor solare raspunzatoare sunt defecte provenite din recombinare, ceea ce reduce durata de viața a purtătorilor de sarcină cu circa 10 % fața de valoarea otenti. În celulele fabricate după procedeul Czochralski îmbatrânirea este produsă de crearea de compuși complexi cu bor-oxigen.

Celulele monocristaline

Celulele rezultă din asa numitele Wafer (placi de siliciu dintr-un cristal). Aceste cristale reprezintă otentia de bază pentru industria de

semiconductori și sunt destul de scumpe.

Acest tip de fotopile sunt primele care au fost realizate, pe baza unui bloc de siliciu cristalizat într-un singur cristal.

Ele se prezintă sub forma unor plachete rotunde, pătrate sau pseudo-pătrate.

Randamentul lor este de 12 – 16%. Totuși, ele au două dezavantaje: prețul ridicat si o durată mare de amortizare prin energia furnizată.

Celule multicristaline sau 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 otential fotovoltaice.Deseori ele se numesc și otenti solare policristaline.

Acest tip de otenti se realizează pe baza unui bloc de siliciu cristalizat în mai multe cristale, care au orientări diferite. Randamentul lor este de 11 – 13%, dar presupun un cost de producție mai redus decât cel al celulelor monocristaline.

Celule solare amorfe

Celulele solare constau dintr-un strat subțire de siliciu amorf (fară cristalizare) și din această cauză se numesc otenti 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 slaba.

Aceste otenti ating un grad avansat de îmbătrânire de pana la 25 % în primul an de funcționare de aceea pentru acest tip de panouri solare în caracteristicile tehnice din documentele de insoțire nu se dă puterea atinsă la fabricație ci puterea de după procesul de îmbătrânire.

Ca urmare acest tip de panouri au caracteristici mai bune la cumpărare decât cele din documente.

Îmbătrânirea se produce sub acțiunea luminii și este rezultatul așa numitului otent Staebler-Wronski(SWE). În cadrul acestuia siliciul hidrogenat amorf (a-Si:H) metastabil trece printr-o fază de creștere a concentratiei defectelor cu un ordin de mărime, paralel cu scăderea conductivității și deplasarea nivelului Fermi către mijlocul distanței dintre banda de valență și banda de otential. Dupa circa 1000 ore de expunere la soare, celulele de siliciu amorf ating un grad de saturare stabil.

Aceste otenti sunt realizate dintr-un otenti de sticlă sau material sintetic, pe care se depune un strat subțire de siliciu (organizarea atomilor nu este otentia, ca în cazul unui cristal). Randamentul lor este de 5 – 10%, mai mic decât al celulelor cristaline, dar prețul este bun.

Ele sunt utilizate în mici produse comerciale (ceasuri, calculatoare), dar pot fi utilizate și în instalațiile solare.

Ele au avantajul de a se comporta mai bine la lumina difuză și la cea otential, fiind deci mai performante le otential mai ridicate.

Celule cu CdTe, CIS și CIGS

Tehnologiile CdTe, CIS și CIGS sunt în curs de dezvoltare sau de industrializare:

Celulele cu CdTe se bazează pe telura de cadmiu, material interesant datorită proprietății de absorbție foarte mare. Totuși, dezvoltarea lor riscă să fie frânată datorită toxicitații cadmiului;

Celulele cu CIS (CuInSe2) se bazează pe cupru, indiu și seleniu. Acest material se carcterizează printr-o bună stabilitate sub acțiunea iluminării. Ele au proprietăți de absorbție excelente;

Celulele cu CIGS sunt realizate din aceleași otentia ca și cele cu CIS, având ca particularitate alierea indiului cu galiu. Aceasta permite obținerea unor caracteristici mai bune.

2.5 Compararea caracteristicilor tehnice a celulelor solare

Celulele se otenti diferit, în funcție de compoziția lor. Astfel randamentul variază în funcție de tipul de celulă ales.

Tabelul 2.1 Valorile tipice pentru randament și factorul de umplere

Putem vedea că celulele variază în funcție de condițiile de mediu. Astfel în laborator, având condiții optime celulele prezintă un randament maxim.

Modulele prototip au un randament otential, în timp ce modulele comerciale au cel mai mic randament, acesta datorânduse condițiilor în care sunt utilizate.

Fig. 2.5 Eficienta procentuala a celulelor

Fiecare celulă are avantajele și dezavantajele ei. În tabelul următor sunt otentia cele mai importante otenti care se află acum pe piața, si putem vedea avantajele și dezavantajele folosirii fiecărui tip de celulă.

Tabelul 2.2 Avantajele și dezavantajele diferitelor tipuri de otenti

2.6 Moduri de asamblare

În funcție de tehnologia utilizată, o singură celulă solară generează o tensiune MPP de aproximativ 0,5 V până la 2 V. Prin urmare, echipamentele electrice nu pot fi alimentate la această tensiune scăzută, în afară de cazul dispozitivelor mici sau jucăriilor.

În general, este necesară o tensiune ridicată. Aceasta poate fi produsă prin conectarea celulelor în serie, ca în cazul bateriilor. De exemplu, în modulele standard sunt conectate în serie 36 de otenti de Si cristalin, producând o tensiune MPP de aproximativ 18 V, corespunzătoare încărcării bateriilor cu o tensiune de 12 V.

În același timp, sunt module standard cu 72 de otenti și module otenti alcătuite din mai mult de 100 de otenti conectate în serie. Prin urmare, astfel de module solare pot fi conectate în serie, sub formă de șir, formând un generator solar care dezvoltă tensiuni mai mari de câteva sute de volți.

Pentru a asigura puterea de ieșire dorită a generatorului solar, câteva module sau șiruri pot fi conectate în paralel, conducând la creșterea curentului electric. Această interconectare otenti permite generatoarelor fotovoltaice să fie proiectate cu puteri de ieșire de la Mw până la MW, toate cu aceeași tehnologie de bază.

Conectarea celulelor solare în serie:

Fig. 2.6 Conectarea în serie a trei otenti solare similare

Celulele solare și modulele solare sunt conectate în serie pentru a produce tensiuni totale mai mari. În conexiunea serie curentul este același în toate celulele astfel încât, tensiunea totală este rezultatul sumei tensiunilor individuale.

Fig. 2.7 Curba otenti-tensiune a trei otenti conectate în serie

Conexiunea serie a celulelor și modulelor are totuși un dezavantaj major: „otenti legătură” determină performanța întregului șir. Chiar dacă numai o celulă este otenti umbrită, această celulă determină curentul total și prin urmare puterea de ieșire a întregului șir. Umbrirea trebuie astfel evitată în măsura posibilului.

Chiar mici zone umbrite ca cele determinate de stâlpi, cabluri, vârfuri de copaci, otent, excrement de pasăre și praf conduc în general la pierderi de productivitate și sunt de obicei cauzele unei producții de energie nesatisfăcătoare a sistemelor fotovoltaice.

Producția de energie nesatisfăcătoare este posibilă și în cazul conectărilor în serie a celulelor cu diferite caracteristici datorate toleranțelor de fabricație sau dacă părți de otenti din interiorul modulului sunt sparte și prin urmare devin inactive. Și în acest caz celula otenti influențează performanța globală.

Celulele și modulele trebuie sortate și asamblate împreună în așa fel încât să producă același otenti MPP. Această condiție suplimentară este răsplătită de creșterea productivității de energie.

Conectarea celulelor solare în paralel:

Fig. 2.8 Conectarea în paralel a trei otenti solare similare

Dacă sistemul trebuie să producă curenți mari, modulele sau șirurile pot fi conectate în paralel.

Fig. 2.9 Curba otenti-tensiune a trei otenti conectate in paralel

La conexiunea în paralel, toate celulele au aceiași tensiune, iar curentul global este rezultatul curenților individuali.

Ca și conexiunile în serie, se pune întrebarea cum afectează umbrirea, performanța unei singure otenti sau a unui singur modul. În general, efectele producției de energie este ceva mai scăzută față de cea a unui sistem cu același număr de otenti conectate în serie.

În particular, în cazul conexiunii în paralel, în mod obișnuit nu este pericolul ca o celulă umbrită să fie supraîncărcată de curentul invers dat de celelalte otenti din șirurile tipice. În aplicațiile de tensiuni joase, ca sistemele solare pentru locuințe diodele de șir pot fi în general omise.

Conectarea mixta a celulelor solare:

Fig. 2.10 Conectarea mixta a celulelor solare

Diagrama instalației electrice și curbele rezultante ale curbei otenti – tensiune pentru generatorul solar cu câteva module solare conectate în serie și în paralel.

Fig. 2.11 Curba otenti-tensiune a celulelor conectate in otentia in parale

2.7 Conversia energiei solare în energie electrică

Efectul fotovoltaic este datorat eliberării de sarcini electrice negative (electroni) și otentia (goluri), intr-un material solid, atunci când suprafața acestuia interacționează cu lumina. Datorită polarizării electrice a materialului otential, care se produce sub acțiunea luminii, apare o tensiune electromotoare, care poate genera otenti electric intr-un circuit închis.

Dispozitivele care functionează pe baza acestui fenomen, sunt denumite otenti fotovoltaice, sau otenti electrice solare.

Pentru a permite furnizarea unei puteri electrice rezonabile, celulele fotovoltaice nu funcționează individual ci legate în serie într-un număr mai mare, alcătuind panouri fotovoltaice, sau panouri electrice solare (a nu se confunda cu panourile solare

pentru producerea energiei termice, denumite și colectori solari sau panouri solare termice).

Celulele fotovoltaice pot fi realizate din mai multe otentia semiconductoare, dar peste 95% din celulele solare sunt realizate din siliciu (Si), care este al doilea element chimic cel mai răspândit în scoarța terestră, reprezentând circa 25% din aceasta, deci este disponibil în cantități suficiente, fiind astfel si ieftin. În plus, procesele de prelucrare a acestui material nu sunt agresive pentru mediul otenti.

Fig. 2.12 Structura energetică a meterialelor semiconductoare

Analizarea acestei scheme energetice este utilă în vederea întelegerii condițiilor în care semiconductorii pot otent otentia conductoare de otenti electric. În situații normale, electronii ocupă în jurul nucleelor atomilor materialului otential, diferite nivele energetice denumite și straturi sau benzi energetice. Aceste nivele energetice accesibile pentru electroni, sunt separate de benzi energetice interzise, reprezentând adevarate “bariere energetice” pentru electroni. Nivelul energetic cel mai ridicat dintre cele ocupate de electroni, este denumit și bandă energetică de valență, sau mai simplu bandă de valentă.

Urmatorul nivel energetic accesibil electronilor, dar neocupat de aceștia, este denumit bandă energetică de otential, sau mai simplu bandă de otential.

Este evident că pentru otentia diferite, nivelele energetice ale benzii de valență și ale benzii de otential sunt diferite. Diferența de otential energetic ∆E, dintre banda de otential și banda de valență, reprezentând și valoarea “barierei energetice” dintre cele două straturi, este diferența dintre nivelurile energetice Ec al benzii de otential și Ev al benzii de valență ∆E=Ec-Ev. În cazul siliciului monocristalin, valoarea acestei bariere energetice este ∆E≈1Ev, iar în cazul siliciului amorf poate să ajungă la ∆E≈1,7Ev. Aceste valori ale barierei energetice, reprezintă cuante de energie care trebuie să fie transmise electronilor de pe stratul de valentă pentru ca acestia sa devină liberi, adică pentru a putea trece pe banda de otential.

Prin supunerea materialelor semiconductoare de tipul siliciului la radiația solară, fotonii, sau cuantele de lumină cum mai sunt numiți acestia, sunt capabili să transmită electronilor de pe banda de valentă, energia necesară pentru a depași “bariera energetică” și a trece pe banda de otential. Acest fenomen se produce în celulele fotovoltaice.

În vederea fabricării celulelor fotovoltaice „Si” este impurificat (dopat) cu diferite elemente chimice, pentru obținerea unui surplus de sarcini electrice negative (electroni) sau otentia (goluri). Se obțin astfel straturi de siliciu semiconductoare de tip n, otential de tip p, în funcție de tipul sarcinilor electrice care predomină. Prin alăturarea a două asemenea straturi de material semiconductor, caracterizate prin predominantă diferită a sarcinilor electrice, în zona de contact, se obține o asa numita jonctiune de tip p-n de tipul celei reprezentate schematic.

Fig. 2.13 Jonctiunea p-n

Sub acțiunea diferenței de otential electric, manifestată în zona de contact, electronii excedentari din stratul n, prezintă tendința de migrație în stratul p, deficitar în electroni. Analog, golurile excedentare din stratul p, prezintă tendința de a migra în stratul n, deficitar în sarcina electrică pozitivă.

Fig. 2.14 Migrarea electronilor între straturile joncțiunii p-n

Amploarea migrației sarcinilor electrice între cele două straturi ale joncțiunii p-n este limitată de nivelul energetic al purtătorilor celor două tipuri de sarcini electrice.

Astfel, cu toate că nu se va realiza o reechilibrare la nivelul sarcinilor electrice în toată profunzimea celor două straturi, o zonă superficială din stratul p va fi ocupata de sarcini electrice negative (electroni), iar o zona superficială din stratul n, va fi ocupată de sarcini electrice otentia (goluri). Ca otent, se va produce o redistribuire a sarcinilor electrice în zona joncțiunii p-n.

Fig. 2.15 Diferenta de potential local la nivelul joncțiunii

Se observă că efectul acestei redistribuiri este reprezentat de apariția unei diferențe de otential locale, la nivelul joncțiunii. Această diferență interna de otential reprezintă o barieră care împiedică o eventuală deplasare ulterioară a sarcinilor electrice negative din stratul n spre stratul p și a celor otentia din stratul p spre stratul n. Sarcinile electrice libere din cele două straturi sunt otentia din zona joncțiunii spre suprafețele acestor straturi, opuse joncțiunii p-n.

Este cunoscut faptul că lumina prezintă un otential dual, având atat caracteristici de undă, conform teoriei ondulatorii a luminii, cât și caracteristici corpusculare, conform teoriei corpusculare, sau fotonice a luminii. Din otentia de vedere al efectului fotovoltaic este mai util otential să fie otential ca având otential corpuscular.

Daca joncțiunea p-n este supusă radiatiei solare, fotonii având un nivel energetic otential de ridicat (cu atât mai ridicat cu cât radiația solară prezintă o intensitate mai mare), sunt capabili să transfere suficientă energie electronilor aflați pe straturile de valentă ale atomilor, pentru a trece pe straturile de otential oten devină electroni liberi.

Sub acțiunea diferenței interne de otential, care se manifestă local la nivelul joncțiunii p-n, electronii liberi care se formează în stratul n, sunt respinși spre suprafața stratului n al joncțiunii, iar electronii liberi care se formează în stratul p, sunt atrași spre

zona de joncțiune, pe care o vor traversa și odata ajunși în stratul n, sunt respinși spre suprafața acestui strat. Fiecare electron liber, în momentul trecerii sale pe stratul de otential, lasă în urmă un gol (sarcină electrică pozitivă) în structura atomului pe care l-a otentia, astfel că sub acțiunea radiației solare nu apar doar electroni liberi ci perechi de sarcini electrice negative (electroni) și otentia (goluri). Sub acțiunea diferenței interne de otential, care se manifestă local la nivelul joncțiunii p-n, golurile care se formează în stratul p sunt otentia spre periferia stratului p al joncțiunii, iar golurile care se formează în stratul n, sunt atrase spre zona de joncțiune, pe care o vor traversa și odată ajunși în stratul p, sunt respinși spre suprafața acestui strat.

Fig. 2.16 Polarizarea suprafețelor exterioare ale joncțiunii p-n

În urma deplasării sarcinilor electrice în cele două straturi și în zona joncțiunii p-n, conform mecanismului prezentat, se produce o polarizare electrică la nivelul suprafețelor exterioare ale joncțiunii p-n. În figura 1.18 putem vedea polarizarea suprafețelor exterioare ale joncțiunii p-n.

Dacă suprafețele exterioare ale joncțiunii p-n sunt acoperite cu cate un strat otentia, reprezentând fiecare câte un electrod, între aceștia se va manifesta o diferență de otential, care într-un circuit închis va produce manifestarea unui otenti electric.

Diferența de otential și curentul electric se pot menține la un nivel constant atâta timp cât se manifesta radiația solară. Este evident că variația intensității radiației solare va produce și variații ale diferenței de otential, dar mai ales ale intensității curentului electric. Joncțiunea p-n, impreună cu cei doi electrozi, alcătuiește o celulă fotovoltaică sau o celulă elctrică solară.

CAPITOLUL III. SISTEME FOTOVOLTAICE

3.1 Descrierea unui sistem fotovoltaic

Un sistem fotovoltaic convertește în mod direct energia solară în energie electrică pe baza efectului fotovoltaic și o aduce la parametrii electrici ceruți de consumator.

Este evident că panourile fotovoltaice nu produc energie decât în prezența soarelui. Noaptea și în zilele înnorate energia produsă este zero sau neglijabilă.

Pentru a asigura continuitatea alimentării cu energie electrică a consumatorilor, atunci când situația o cere, este necesară o unitate de stocare a energiei. Cel mai adesea acest lucru este realizat folosind baterii de acumulatoare.

Pentru a prelungi durata de viață a bateriilor de acumulatoare, acestea nu trebuie supraîncărcate sau descărcate sub o anumită limită. În acest scop sistemul trebuie să conțină un regulator (sau controler) de încărcare, montat între generatorul fotovoltaic și bateriile de acumulatoare.

Regulatorul de încărcare conține de obicei și o diodă de protecție la descărcare, care previne descărcarea bateriei pe timp de noapte prin generatorul fotovoltaic. Un regulator de încărcare bun consumă foarte puțin și are o tensiune de mers în gol scăzută, ceea ce protejează acumulatorul să nu se descarce.

Un controler MPPT (Maximum Power Point Tracker) sau în traducere, „controler cu urmărirea punctului de putere maximă” este un convertor c.c.-c.c. care optimizează perfect transferul de energie între aria de panouri solare fotovoltaice și bateria de acumulatoare.

Acest controler face o analiză a tensiunii de ieșire a panourilor solare și o compară cu cea a bateriei. În urma acestei analize dispozitivul decide care este puterea optimă care trebuie transferată spre acumulatoare în așa fel încât să fie transferat curentul maxim în amperi, dinspre panourile solare spre bateria de acumulatoare.

Cu ajutorul acestui dispozitiv se obține o creștere tipică între 20% și 45% a cantității de energie transferată în perioada de iarnă și între 10% – 15% în perioada de vară. Câștigul energetic depinde de condițiile meteo, temperatură, starea de încărcare a bateriei și alți facto

Panourile fotovoltaice generează tensiune și curent continuu. Mulți consumatori necesită însă curent alternativ. Sistemul fotovoltaic trebuie astfel să conțină un invertor (convertor c.c.-c.a.).

Invertorul transformă energia de c.c., generată de modulele PV sau stocată în acumulatoare, în energie de c.a. de o frecvență prestabilită.

Deja există convertoare care asigură parametrii de calitate ai energiei electrice la același nivel ca și rețelele publice: frecvență și tensiune stabilă (220V, 50Hz), forma sinusoidală a undei de tensiune și curent.

Sistemele fotovoltaice se divizează în două categorii principale: conectate la rețea (grid-connected) sau care funcționează în paralel cu rețeaua electrică publică și sisteme PV autonome (stand-alone PV system).

Fig. 3.1 Structura unui sistem fotovoltaic

Un mare avantaj pe care-l prezintã sistemele fotovoltaice este acela cã se pot integra în clădiri, pot înlocui subansamble, materiale de construcție sau chiar întregi pãrti componente ale clãdirii cum ar fi de exemplu acoperișul.

Modulele solare pot avea mai multe întrebuințări astfel, ele pot înlocui suprafețele mai scumpe ale clădirilor și pot oferi în plus alte avantaje. De exemplu, în fațade, ele pot înlocui ușor oglinzile sau geamurile colorate, asigurã umbrã și, în același timp, pot genera electricitate.

În cladirile în care sunt integrate panouri solare, costul pe m² al panourilor fotovoltaice este de mare importanțã, mai ales de când aceste materiale pot actiona, cum am mai spus, ca substitute pentru alte materiale de constructie.

Pretul efectiv pe unitatea de elemente solare integrate în construcție este diferit fata de pretul modulelor solare si cel al materialelor pe care acestea le pot înlocui. Un m² de sistem fotovoltaic din silicon cristalin conectat la retea costã aproape cât un sfert de m² de material de calitate pentru fatadã, cum ar fi marmura sau altã piatrã de constructie. În situațiile când costurile celor douã materiale sunt relativ aceleasi, avantajul este cã electricitatea solarã este gratuitã.

Cererea din lumea intreagă pentru sistemele electrice solare a cunoscut o creștere coniderabilă pentru ultimii 20 de ani . Nevoia pentru o sursă sigură și necostisitoare în zonele izolate și pentru conectarea în rețea, sunt principalele forțe care conduc industria celuleor fotovoltaice.

Pentru o gama largă de aplicații sistemul de alimentare cu energie solara este cea mai ieftină variantă. O aplicație titpică acestor sisteme de energie este aceea a folosirii in constructii izolate de rețeaua principală de curent cum ar fi pază de coastă, cabane izolate, cosntrucții militare, telecomunicații , sisteme de irigare.

Fig. 3.2 Sistem fotovoltaic hibrid

O creștere semnificativă pentru sistemele fotovoltaice este așteptată să se realizeze în țări ce sunt în curs de dezvoltare ca să ajute la nevoile de bază, de current electric și anume la cele 2 miliarde de oameni ce nu sunt conectati la energie electrică. În plus la acestă cerință a eficienței costului sistemelor ce produc energie fotovoltaica există și contribuția ideii a epuizării surselor convenționale de energie care reprezintă un motiv de îngrijorare pentru guvernele din întreaga lume.

În cursul anului 2003 au fost livrate la nivel global module fotovoltaice de către producători in valoare de 744 megawati cu un prag de vânzări anule depășind 5 miliarde de dolari. În contrast cu puțin peste 23 de megawați au fost livrați în 1985 ceea ce înseamnă că industira fotovoltaicelor a crescut cu 323,5% doar în 18 ani. Aceasta creștere a dus la o bază instalată de generare a sistemeleor PV cu o capacitate mai mare de 2 500 de megawați la nivel global la sfîrșitul anului 2003.

3.2 Configurații ale sistemelor

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 la consumatori rezidențiali. În figurile de mai jos sunt prezentate principalele configurații ale sistemelor fotovoltaice.

Panourile solare pot fi conectate în paralel la un invertor trifazat central, caracteristic sistemelor solare de puteri mari (10–250 kW).Aceasta a fost cea mai frecventă configurație de instalare a sistemelor fotovoltaice în trecut.

Avantajul principal al acestei scheme îl constituie costul redus datorită prezenței unui singur invertor. Dezavantajul major al acestei configurații este faptul că pierderile de putere pot fi mari din cauza nepotrivirii dintre modulele fotovoltaice și prin prezența diodelor anti-retur.Un alt dezavantaj este faptul că această configurație are un singur punct de eșec (invertorul) ; prin urmare, sistemul are o fiabilitate scăzută.

Fig. 3.3 Sistem fotovoltaic cu invertor central

O altă soluție, dedicată aplicațiilor rezidențiale de puteri medii (1,5–5 kW), conține câte un invertor pentru fiecare șir de panouri solare. Principalul avantaj al acestei topologii este că nu există pierderi asociate cu diode anti-retur și MPPT poate fi aplicat pentru fiecare șir.

Acest lucru este util mai ales când mai multe șiruri de panouri solare au orientări diferite. Dezavantajul la această configurație este costul crescut din cauza invertoarelor suplimentare.

Fig. 3.4 Sistem fotovoltaic cu invertoare individuale pe fiecare șir

Tensiunea de intrare ce provine de la șirurile de panouri solare poate fi suficient de mare pentru a evita necesitatea amplificării de tensiune. Cum prețul modulelor PV este încă destul de mare, o amplificare de tensiune poate fi realizată pentru a necesita mai puține module conectate în sistem.

Fiecare șir de panouri solare are conectat cate un convertor c.c.-c.c. pentru creșterea tensiunii. Un invertor c.c.-c.a. este apoi utilizat pentru alimentarea consumatorilor.

Fig. 3.5 Sistem fotovoltaic cu convertor c.c.-c.c. și invertor central

A treia soluție conține invertoare de tip modul, de mică putere (50–180 W), fiecare panou având propriul invertor. Avantajele acestui tip de sistem este faptul că este ușor de adăugat module PV deoarece fiecare modul are propriul său invertor c.c.-c.a.

Există, de asemenea, o îmbunătățire generală în fiabilitatea sistemului, deoarece sistemul nu prezintă un singur punct de eșec. Este o topologie extrem de flexibilă și configurabilă, cu toate acestea, aceste configurații sunt în continuare mai costisitoare decât sistemele convenționale PV din cauza numărului crescut de invertoare.

Această configurație pare a fi o opțiune promițătoare, pentru viitor, deoarece panourile PV pot fi folosite ca dispozitive plug-in și instalarea este facilă, nefiind nevoie de persoane cu cunoștințe de specialitate.

Fig. 3.6 Sistem fotovoltaic cu invertoare de tip modul

3.3 Echipamente componente ale sistemelor fotovoltaice

Un sistem fotovoltaic care alimentează un consumator izolat conține un generator fotovoltaic, un controller de încărcare a acumulatorului, un acumulator și un stabilizator de tensiune pentru un consumator de curent continuu sau un invertor dacă avem un consumator de curent alternativ.

Stocarea energiei electrice:

Energia solară utilizabilă variază pe parcursul unui an nu numai sezonier sau în ciclul zi-noapte, ci și de la o zi la alta datorită condițiilor meteorologice diferite. Similar, și cerințele de energie electrică ale consumatorilor variază în timp.

Pentru a se realiza echilibrul dintre curba de sarcină (cerințele consumatorilor) și energia produsă prin conversia energiei solare, sistemele fotovoltaice autonome trebuie să includă unități pentru stocarea energiei. Pentru aceste sisteme energetice, costul stocajului reprezintă 30% sau poate chiar mai mult din costurile pe toată durata de viață a sistemului.

Puține aplicații fotovoltaice nu necesită stocaj electric. Acestea sunt în principal sistemele de pompare a apei, la care stocajul se poate realiza în rezervoare de apă.

Sistemele fotovoltaice autonome furnizează energia electrică unei game foarte largi de consumatori, de la dispozitive de mică putere (ceasuri, calculatoare) cu puteri de ordinul miliwaților, până la sate izolate cu puteri instalate de zeci de kilowați. Acest capitol se referă la aplicațiile energetice uzuale (zeci de wați până la zeci de kilowați), excluzând consumatorii de foarte mică putere pentru care sunt utilizate alte concepte de stocare.

Problema stocării energiei are o multitudine de soluții. Din larga varietate a tehnologiilor de stocare dezvoltate, bateriile plumb-acid sunt, și vor rămâne încă o bună perioadă de timp, cele mai utilizate în cadrul sistemelor autonome de furnizare a energiei electrice.

Sistemele de stocaj electrochimic cu stocare separată (externă) și unități de conversie a energiei reprezintă o alternativă pentru stocarea eficientă (consumuri reduse) a cantităților mari de energie. Acestea sunt sistemele de stocare în hidrogen alcătuite din electrolizor și pilă de combustie ca unitate de conversie și baterie redox. Sistemele ce permit utilizarea ulterioară a sarcinii ionice provenită din săruri metalice dizolvate în lichide cu rol de mediu de stocare și unitate de conversie, formează sisteme similare pilelor de combustie.

Tabelul 3.1 Cerințele sistemelor de stocare electrica

Sistemele de stocaj din cadrul sistemelor energetice autonome trebuie să îndeplinească un număr mare de cerințe. Importanța lor variază în funcție de tipul aplicației, uneori aceste cerințe sunt contradictorii astfel încât nu se poate, sau chiar nu trebuie, să se îndeplinească simultan toate aceste cerințe.

Cei mai importanți parametrii pentru clasificarea condițiilor de funcționare sunt curenții de încărcare și de descărcare, profilul stării-de-încărcare și temperatura.

Toate tehnologiile de baterii, , produc curent continuu care trebuie să fie convertit în curent alternativ pentru a putea fi conectate la consumatori.

Bateriile sunt în general conectate în diferite configurații în serie și/sau paralel pentru a atinge tensiunea și curentul de ieșire necesar. Invertoarele si convertoarele c.c.-c.c. sunt deseori necesare pentru sistemele de stocare, în vederea furnizării energiei necesare, către consumatorii rezidențiali.

Aspectul esențial al electronicii de putere pentru sistemele de stocare a energiei îl constituie faptul că trebuie să fie bidirecționale, astfel încât să fie posibilă acumularea de energie (în timpul încărcării) și furnizarea de energie (în timpul de descărcării).

Spre deosebire de invertoarele folosite la panourile fotovoltaice, invertoarele pentru sistemele de stocare a energiei nu iau în considerare puterile de vârf. Ele oferă doar nivelul de putere cerut de sistem care poate fi susținut de către baterie.

Cea mai simplă configurație a unui sistem de stocare a energiei constă dintr-o baterie de acumulatoare și un invertor c.c.-c.a. Curentul la puterea maximă determină capacitatea invertorului, care poate fi monofazat sau trifazat, în funcție de cerințele consumatorilor.

Fig. 3.7 Sistem de stocare a energiei cu un singur invertor

Un convertor c.c.-c.c. este adesea folosit între bateria de acumulatoare și invertor.Convertorul trebuie să fie bidirecțional și este în principal utilizat pentru a produce suficientă tensiune pentru invertor, astfel încât amplitudinea necesară a tensiunii alternative să poată fi generată.

Fig. 3.8 Sistem de stocare a energiei cu invertor și convertor c.c.-c.c.

Invertoare:

Celulele fotovoltaice generează putere de curent continuu. Distribuția și aplicarea puterii de curent continuu implică multe riscuri caracteristice. Prin urmare majoritatea sistemelor de distribuție electrice folosesc putere de curent alternativ. Conversia de la puterea de curent continuu la puterea de curent alternativ este realizată de invertoare.

Fig. 3.9 Structura de bază a unui invertor

Structura principală a unui invertor poate fi descrisă în trei pași:

Inima oricărui invertor este puntea: o conectare a semiconductoarelor de comutație, care periodic conectează direct ieșirea la intrare în polarizare normală și inversă. Comutarea furnizată este realizată cu o frecvență de rețea (50 Hz). Acest circuit funcționează ca un convertor simplu cc/ca.

Dispozitivul descris funcționează ca un invertor dar nu coincide cu cerințele tehnice impuse. Forma curenților trebuie să fie sinusoidală pentru a minimiza distorsiunile rețelei. Controlul curentului poate fi realizat prin comutatoare. Dacă comutatoarele funcționează cum este descris, curentul crește. Este evident curentul este oprit prin deschiderea tuturor comutatoarelor. Schimbarea frecvenței între aceste stări dă control asupra curentului. Un șoc plasat adițional în conectarea rețelei întregește această operație și ajută la crearea unei forme netede a curentului.

Capacitatea de intrare este a treia componentă a unui invertor principal fotovoltaic. Aplicația sa este stabilizarea tensiunii generatorului și rezolvarea contradicțiilor între puterea continuă fotovoltaica și furnizarea puterii de curent alternativ consumatorilor.Aceste trei componente pot fi găsite în aproape toate topologiile de invertoare. Există doar o singură excepție dacă tiristorii sunt folosiți ca întrerupătoare cu semiconductoare. Tiristorul este un dispozitiv semiconductor cu preț scăzut, fiabilitate mare și o istorie lungă a aplicării în echipamentele electronice de putere. Există doar un singur dezavantaj: această schimbare nu poate fi oprită. Curentul trebuie oprit prin schimbarea polarității la alimentarea cu tensiune. Aceasta se întâmplă periodic în rețelele de curent alternativ, deci această operație este numită comutare rețea. Invertoarele care folosesc tiristori nu au un control al formei curentului. Este doar posibil să modifici amplitudinea curentului prin comutarea periodică a punții. Deformarea curentului la fel ca factorul de putere este foarte mare. Folosirea acestei tipologii pentru un invertor de putere ridicată determină existența unor dispozitive de comutare de fază.

Acest tip de invertor a fost aplicat în trecut la multe demonstrații de instalații fotovoltaice la o putere de 500 kW. Dispozitivele de comutare cu semiconductoare moderne sunt la fel de fiabile precum tiristorul, dar oferă posibilitatea de a opri curentul. Deci invertoarele cu tiristor sunt ieșite din uz din punct de vedere tehnic.

Invertoarele actuale lucrează cu dispozitive de comutare complete cum ar fi MOSFET-urile (tranzistor cu efect de câmp metal oxid semiconductor) sau IGBT-urile (tranzistorul bipolar cu poartă izolată) și sunt de asemenea numite invertoare cu comutare proprie. Un desen riguros este bazat pe conceptul structurii principale descrise. O singură schimbare constă într-un transformator plasat la ieșirea invertorului. Funcția sa este modificarea de tensiune a ieșirii invertorului la tensiunea rețelei și oferă posibilitatea ca generatorul PV să opereze cu tensiuni mai joase decât tensiunea rețelei.

Dezavantajul principal al acestei tehnologii este greutatea mare a invertoarelor cauzată de transformatoarele de înaltă eficiență. O altă soluție a modificării tensiunii este oferită de topologiile fără transformator. Un invertor ridicător de tensiune integrat încarcă o capacitate de tensiune înaltă și permite operația atât cu tensiuni joase cât și cu tensiuni înalte. Convertorul cc/ca poate fi proiectat pentru operare la frecvențe ce depășesc spectrul auzului uman, în acest mod componentele magnetice sunt mici.

Specificații tehnice:

– Tensiune de intrare: 24Vcc;

– Tensiune de ieșire: 230Vca ;

– Frecvența tensiunii de ieșire: 50Hz;

– Putere nominală: 2500W;

– Putere maximă suportată: 5000W (25ms);

– Tensiune minimă de intrare: 20V;

– Tensiune maximă de intrare: 30V;

– Temperatură de deconectare: 60°C.

Fig. 3.10 Invertor de tensiune

3.4 Generalitați are sistemelor fotovoltaice

Alimentarea consumatorilor mici descentralizați care nu pot fi conectați la o rețea publică este fără îndoială răspândită în întreaga lume. Astfel putem folosi energia solară pentru alimentarea acestor consumatori izolați.

Fig. 3.11 Schema generală de alimentare

Experimentând cu aceste sisteme într-o limită a ieșirii de 2-10 kW s-a arătat că ele nu ar trebui să fie doar fiabile, economice și viguroase, ci mai mult, toate structurate în module și deci vor fi mai ușor de extins mai târziu. Doar un proiect simplu structurat și flexibil al sistemului pentru aceste sisteme de furnizare de putere fotovoltaica va face posibilă răspândirea aplicației.

Posibilitatea conectării unui număr nelimitat de baterii ale invertoarelor pe latura curentului alternativ este de asemenea unică. Această caracteristică permite orice mărire a puterii sistemelor de invertoare. O expansiune simplă a sistemului este acum ușor posibilă dacă cererea de încărcare va crește în viitor.

În trecut majoritatea sistemelor hibride fotovoltaice cu limita scăzută la ordinul kW-ilor se bazau pe conceptul curentului continuu mixt și cuplajul de curent alternativ, în care generatorul fotovoltaic este cuplat pe partea de curent continuu cu bateria ca o componentă centrală. În aceste sisteme sarcinile de curent alternativ sunt alimentate de invertoarele de baterie care în anumite cazuri se comportă de asemenea ca bateriile furnizate la generatoarele de curent alternativ.

Fig. 3.12 Schema unu sistem hibrid

Aceste sisteme de obicei nu pot fi extinse și furnizează un design complicat al sistemului de curent continuu și deci sistemul de înalt nivel costă mult. Puterea pe care generatorul de putere cuplat in curent continuu o poate contribui la alimentarea sarcinilor este limitată de puterea invertorului de baterie. Există 2 tipuri diferite de cuplaj: cuplajul in curent alternativ și cel in curent continuu.

La sistemul cuplat pe curent alternativ toți producătorii de energie sunt conectați direct sau cu un controler de sarcină sau cu un redresor la linia de curent continuu. Tensiunea este fixată prin tensiunea bateriei. În sisteme mai mici sunt 12, 24, 48 V, în sisteme mai mari peste 10 kW sunt 110 și 220 V. In sistemele și mai mici consumatorul se poate conecta direct la linia de curent continuu. Pentru toți consumatorii de curent alternativ este necesar un invertor.

În sistemele pur cuplate in curent alternativ toți producătorii și consumatorii sunt conectați la magistrala de curent alternativ. Aici există doar magistrala de tensiune comună de 240 V / 50 Hz în Europa și 120 V / 60 Hz în SUA.

Toți producătorii cu generatoare de curent continuu, de exemplu turbine eoliene, turbine cu apă sau rețele publice pot conecta direct toate componentele pe care le furnizează o tensiune de curent continuu și are nevoie de un invertor pentru conectare cum ar fi modulele fotovoltaice sau bateriile. Aproape toți consumatorii se pot conecta direct la această rețea.

Avantajele cuplajului pe curent alternativ sunt:

• 100% compatibile cu rețeaua locală;

• ușor de instalat, deoarece se află în folosința componentelor standard (consumatori, dispozitive folosite într-o instalație normală a casei);

• suplimentarea de putere la toate componentele de alimentare;

• limita întinsă și extindere simplă;

• combinare ușoară a generatorului de curent alternativ.

Componenta principală a unui asemenea sistem modular de furnizare de putere este invertorul de baterie. Controlul și managementul unui sistem inteligent permite nu numai alimentarea diferiților consumatori, ci, de asemenea, conectează invertoare pentru alimentarea suplimentară a rețelei. Conectarea convertoarelor mici de vânt-energie sau seturi de generatoare diesel este de asemenea posibilă.

Pe partea de tensiune de curent alternativ invertorul de baterie trebuie să preia controlul complex al tensiunii, puterea reactivă și frecvența, la fel ca gestionarea puterii și folosirea bateriei drept tampon.

Pe partea de tensiune in curent continuu invertorul de baterie are grijă să furnizeze cea mai bună administrare a bateriei. În final se asigură că dependența de temperatură și dependența limitelor tensiune-curent sunt satisfăcute, cicluri de sarcină pline sunt livrate regulat și metodele de încărcare sunt adaptate la tipul bateriei și condițiile ambiente specifice.

Dispozitivul include gestiunea inteligentă pentru locuri izolate, care este posibil să alimenteze consumatori diferiți de la diferite generatoare. Asemenea generatoare sunt de exemplu invertoarele de serie fotovoltaice pentru alimentarea rețelei, instalații mici vânt-energie sau elemente diesel și determină invertorul de baterie să funcționeze în toate 4 cadranele.

Gestiunea sistemului cuprinde și administrarea bateriei, face posibilă o administrare simplă a bateriei și furnizează interfața de comunicare pentru conducerea elementelor sistemului opțional. Modurile de funcționare cerute și schimbările paralele de curent ale invertoarelor pot fi realizate.

O rețea izolată monofazată poate fi stabilită prin invertor pentru baterie și o

baterie plumb acid.

Fig. 3.13 Principiul de funcționare al unui sistem fotovoltaic

Un sistem fotovoltaic care alimentează un dispozitiv sau un consumator mic constă dintr-un generator fotovoltaic, un regulator (controller) de încărcare a acumulatorului, un acumulator și un stabilizator (regulator de tensiune).

În sistemele foarte mici, cum ar fi ceasurile sau calculatoarele de buzunar, generatorul fotovoltaic poate consta numai din câteva celule solare. Pentru a furniza o putere de ieșire mai mare, celulele solare se conectează în module solare.

Pentru alimentarea anumitor produse sau aplicații se fabrică module standard, care furnizează o cantitate mai mică sau mai mare de energie. Aceste module standard sunt dimensionate să aibă o tensiune nominală între 15 și 17 volți astfel încât să fie capabile să încarce un acumulator cu tensiunea nominală de 12V.

Când se alege un modul, atât puterea de ieșire, cât și tensiunea nominală trebuie să fie corect dimensionate. În plus, acestea trebuie să aibă o construcție mecanică astfel încât să reziste la condițiile meteorologice și climaterice. În funcție de spațiu disponibil și de modul de integrare, de dimensiune geometrice, de proprietățile fizice sau de modul de atașare, șasiul modulului joacă un rol important.

Pentru a preveni supraîncărcarea bateriei sau descărcarea completă a acesteia se folosește un regulator (controller) de încărcare, montat între generatorul fotovoltaic și acumulator. Regulatorul de încărcare conține, de obicei și o diodă de protecție la descărcare, care previne descărcarea bateriei pe timp de noapte prin generatorul fotovoltaic. Un regulator de încărcare bun consumă foarte puțin și are o tensiune de mers în gol scăzută, ceea ce protejează acumulatorul să nu se descarce.

Acumulatorul înmagazinează energia produsă de generatorul fotovoltaic și o furnizează consumatorului în caz de vreme rea sau pe timpul nopții.

Dispozitivele care se alimentează de la generatorul fotovoltaic folosesc pentru stocare cel mai des baterii nichel – cadmiu (NiCd) sau nichel – metal. Totuși se folosesc și baterii cu plumb, baterii litiu – ion sau condensatori (numiți și condensatori dublu strat).

În sistemele mici, alimentate de celule fotovoltaice, se folosesc în mod obișnuit baterii cu plumb. Astfel, pentru aplicațiile mobile, cum ar fi consumatorii electrici din campinguri, de pe bărci sau din case de vacanță, se folosesc modele speciale de materii de mașină, cu anozi de plumb extrasubțiri (numiți și baterii solare). În sistemele fotovoltaice care alimentează reședințe permanente, care au cicluri de încărcare/descărcare zilnice, se folosesc, de obicei, baterii cu anozi tubulari. Acestea au cicluri mari și, prin urmare, durată de viață mai lungă. Adesea, în casele solare se folosesc baterii normale de mașină deoarece sunt mai ușor de procurat și sunt mai ieftine.

Pentru unele aplicații sunt utile baterii cu anozi fără întreținere, al căror electrolit este menținut într-o pâslă sau în gel. Acest tip de baterii emană de 100 de ori mai puțini vapori de acid sulfuric decât cele cu electrolit lichid, ceea ce le permite să fie instalate în aceiași incintă cu instalația electronică. Bateriile fără întreținere nu prezintă scurgeri și, de aceea, ele pot fi folosite în orice poziție.Atunci când cererea de energie este simultană cu producerea ei, nu mai este necesară bateria de acumulare a energiei. Astfel de exemple sunt calculatoarele de buzunar, ventilatoare, pompe etc.

Fig. 3.14 Schema unui sistem fotovoltaic fără baterie de stocare

Sisteme fotovoltaice cu ieșire de curent continuu:

Pentru adaptarea tensiunii de ieșire a generatorului la tensiunea necesară consumatorului se folosește un regulator de tensiune. Pentru dispozitivele alimentate de celule fotovoltaice, regulatorul este, de obicei, un transformator c.c./c.c., care transformă un curent continuu de o anumită valoare în curent continuu cu altă valoare.

Fig. 3.15 Schema unui sistem fotovoltaic cu ieșire de curent continuu

Sisteme fotovoltaice cu ieșire de curent alternative:

Dacă sunt necesare nivele de ieșire mai mari sau dacă se folosesc aparate electrocasnice sau industriale, sistemele trebuie să furnizeze tensiuni de ieșire de 230V c.a. Pentru a se obține aceste tensiuni de ieșire, sistemului i se adaugă un invertor c.c./c.a., care transformă direct curentul continuu produs de generatorul fotovoltaic sau pe cel preluat de la baterie în curent alternativ.

Fig. 3.16 Schema unui sistem fotovoltaic cu ieșire de curent alternative

Sisteme fotovoltaice hibride:

Furnizarea energiei bazate exclusiv pe efectul fotovoltaic necesită un generator fotovoltaic de capacitate mare, datorită fluctuațiilor radiațiilor solare.

Același lucru este valabil și pentru sistemele fotovoltaice care trebuie să aibă o mare disponibilitate. Ca urmare, în general, se combină diferite tipuri de generatoare în sisteme hibride. Practic, combinarea generatoarelor fotovoltaice cu un motor generator asigură aceiași siguranță energetică ca și rețeaua de distribuție publică

Dacă radiația solară este bună, generatorul fotovoltaic poate satisface întreaga cerere de energie, fără emisii toxice sau zgomote. Energia produsă în exces este înmagazinată în acumulator. Noaptea sau pe timp de vreme rea, bateriile acoperă cererea de energie. Când bateria este în pericol de a se descărca, motorul generator – de exemplu unul diesel sau cu gaz lichefiat – pornește pentru a acoperi necesitățile de alimentare cu energie electrică și, în același timp, reîncarcă bateriile.

Fig. 3.17 Schema unui sistem hibrid (motor generator)

În zonele cu vânt, sistemului i se poate adăuga și o turbină eoliană. Deoarece generatorul fotovoltaic și turbina eoliană se completează reciproc foarte bine, dacă proiectarea este corectă, orele de funcționare ale motorului generator se reduc și, în felul acesta, se reduce consumul de combustibil fosil.

Fig. 3.18 Schema unui sistem hibrid ( turbina eoliană și motor generator)

Fig. 3.19 Sursă autonomă de putere (generator solar și un generator pe bază de hidrogen)

Dacă utilizatorul dorește să fie complet independent de aprovizionarea cu combustibil și, astfel, să aibă o autonomie totală a sistemului se poate integra și un electolizor și un sistem de stocare a hidrogenului.Electrolizorul este utilizat vara, când generatorul fotovoltaic produce energie în exces și când bateriile sunt complet încărcate. Hidrogenul creat este stocat și va fi disponibil pentru a fi utilizat pe timpul iernii.

3.5 Proiectari ale unui sistem fotovoltaic

În faza de proiectare a instalațiilor PV, avantajele și dezavantajele diferitelor topologii de invertoare ar trebui deja evaluate pentru a obține cea mai bună limită performanță-preț. Topologia instalației este o decizie viitoare, care influențează producerea de energie cerută. Pentru cea mai bună soluție tehnică se poate alege din 4 varietăți diferite de invertoare sau topologii de instalații în majoritatea cazurilor.

• Invertorul central;

• Funcționarea Master-Slave;

• Invertor de șir;

• Modulul CA (sau invertor-modulat).

Invertorul central. Acesta este un invertor pentru scară largă a instalațiilor PV cu o putere de ieșire a invertorului mai mare de 20 kW.

Fig. 3.20 Sistem fotovoltaic – Invertorul central

Când se folosește un invertor central, un anumit număr de șiruri de module PV sunt conectate la un singur invertor. Aceasta determină o performanță cu eficiență ridicată la putere ridicată, dar eficiență redusă la încărcare parțială.

Dezavantajul acestui tip de instalații rezultă din apariția neadaptării modulelor pe o scară largă. Aceste pierderi pot fi cauzate de variații ale modulelor unde două module similare nu au exact același curent de scurtcircuit sau o tensiune de circuit deschis.

Din cauza unui număr vast de module și a șirurilor de tensiuni pierderile în cablajul CC ar trebui luate în considerare. Mai departe diferențele de putere dintre șirurile diferite pot fi cauzate de temperaturi diferite ale celulelor și orientare diferită a șirurilor de module. Mai mult, în linii mari, pot fi raportate la nivelul de umbră de intensitate diferită și intensitatea prafului din câmpul modulului.

Funcționarea Master-slave. Instalațiile PV în funcționarea Stăpân-Sclav sunt foarte asemănătoare cu topologia unui invertor central. Diferența constă în aplicarea unui număr de invertoare conectate în paralel. Aceasta permite funcționarea oricărei combinații a invertorului care se potrivește cu puterea solară actuală. Această topologie funcționează la eficiență maximă chiar la încărcare parțială.

Fig. 3.21 Sistem fotovoltaic – Funcționarea Master-Slave

Cum este știut de la invertorul central modulele sunt combinate pentru a construi un singur generator. La o radiație scăzută întregul generator este conectat la un invertor (Stăpân). Crescând radiația, celelalte invertoare sunt cuprinse pas cu pas. Întreaga instalație este o linie largă de module, doar curentul PV este împărțit la invertoare diferite.

Avantajul acestei combinații este randamentul ridicat a invertoarelor care funcționează în limite de putere ridicate. Dezavantajele sunt pierderile ridicate datorate nepotrivirii similare a invertorului central și necesitatea unei conectări de comunicare între invertoarele instalate.

Invertor de șir. Invertorul de serie este un mic invertor cu o putere de ieșire de 200 W la 3 kW. Modulele sunt conectate la un șir (conectare serială a modulelor). Doar un singur invertor funcționează cu un singur rând. Modulele unui rând funcționează lângă MPP-lor și pierderile datorate nepotrivirii sunt diminuate.

Fig. 3.22 Sistem fotovoltaic – Invertor de șir

Mai multe invertoare de serie pot fi combinate la o instalație PV prin conectarea invertoarelor pe partea AC. Mai mult, există invertoare mari disponibile, care oferă câteva intrări de funcționare independentă MPP (3). Acest tip de invertor este numit invertorul multi serie și împreună cu invertorul serie sunt cele mai utilizate tipuri comune de invertoare.

Pierderile datorate nepotrivirii pot fi minimizate și în plus costurile instalării sunt reduse datorită faptului că este redus cablajul AC. Dezavantajul acestui tip de invertor este însă randamentul scăzut la încărcare parțială. La încărcări ridicate randamentul este în jur de 93-96%.

Modulul CA (sau invertor-modulat). Fiecare modul PV are propriul său invertor (mic) integrat și poate fi de asemenea alăturat unei instalații PV extinse. Bineînțeles nu sunt pierderi datorate nepotrivirii modulelor. Dezavantajul acestui tip de invertor este randamentul scăzut și prețul său specific este foarte mare în comparație cu al altor invertoare.

Fig. 3.23 Sistem fotovoltaic – Invertor modulat

3.6 Exemple de sisteme fotovoltaice neconectate la rețea

Energia fotovoltaică este o sursă foarte atractivă pentru produsele industriale, de telematică și de telecomunicații. In comparație cu sistemele convenționale de energie (bateriile primare, bateriile reîncărcabile, motoarele cu petrol și rețelele de putere), sistemele fotovoltaice prezintă flexibilitate, siguranță și protejează mediul înconjurător.

Din punct de vedere economic, sistemele fotovoltaice sunt interesante pentru produsele și sistemele industriale de serie. Sistemele fotovoltaice sunt deja utilizate pentru a evita conectările scumpe la rețea, modificările complicate ale bateriilor și timpul consumat pentru transportul combustibilului.

Pentru utilizarea eficientă a produselor industriale de serie alimentate de sistemele fotovoltaice, este necesar să ținem seama de zona de operare a acestora (cum ar fi Europa Centrală, Europa de Nord, etc.) de exemplu generatoarele solare, componentele de stocare a energiei și consumatorii trebuie dimensionați în interdependență cu caracteristicile predominante și cu condițiile de radiație solară.Produsele și sistemele industriale trebuie să fie adaptate condițiilor meteorologice și să consume pe cât posibil mai puțină energie.

Pentru a se asigura standarde de înaltă calitate pentru produsele de serie alimentate cu energie fotovoltaică, au fost gândite soluții specifice cu circuit închis, pentru crearea acestor produse. Nu este suficient să alimentezi produsele și sistemele cu energie solară, fără o adaptare corespunzătoare exigențelor impuse de utilizarea energiei fotovoltaice. Mai exact spus, întregul sistem trebuie reproiectat în acord cu aceste exigențe.

Dezvoltarea utilizării unor produse în serie alimentate cu energie fotovoltaică, care să fie atractive și de calitate, necesită folosirea elementelor semiconductoare cu pierderi mici de energie și a componentelor economice cum ar fi elemente de afișare, comandă și senzori.

În ultimii ani, piața în creștere rapidă a dispozitivelor mobile, alimentate cu ajutorul bateriilor cum ar fi telefoanele mobile, agendele și aparatele de măsurat a dus la dezvoltarea componentelor electronice de mică putere și joasă tensiune.

Tehnologia componentelor electronice de 3.3 V a devenit un standard. Din ce în ce mai mulți producători de semiconductoare oferă circuite integrate, memorii de date, microcontrolere și procesoare de joasă tensiune care utilizează tehnologia de 3.3 V.

Spectrul consumatorilor și componentelor sistemului folosite în produsele de serie alimentate fotovoltaic este foarte larg datorită marii varietăți de aplicații posibile a utilizării energiei fotovoltaice.

Singurul criteriu care este esențial pentru selectarea oricărui consumator sau componentă a sistemului este eficiența maximă posibilă. În funcție de consumator sau de componentele sistemului, este important ca eficiența să fie foarte mare, iar puterea consumată să fie foarte mică .

Consumatorii alimentați de sistemele fotovoltaice fără stocare de energie necesită condiții speciale. Câteva exemple tipice de asemenea sisteme sunt ventilatoarele sau pompele de apă alimentate cu energie fotovoltaică. În aceste sisteme consumatorul sau este conectat direct la generatorul solar, sau este instalat un convertor între ele, pentru a îmbunătăți adaptarea caracteristicilor lor de performanță.

Dacă există o corelare directă între aprovizionare și necesarul de energie, generatorul solar și consumatorul sunt de obicei cuplate direct fără o unitate de stocare a energiei. De exemplu, acesta este cazul ventilatoarelor de cameră. Ventilatoarele trebuie să funcționeze doar atâta timp cât camerele sunt încălzite direct de soare, în aceste condiții fiind asigurată energia necesară funcționării ventilatorului.Instalațiile folosite pentru irigații funcționează în același fel numai sub influența radiațiilor solare. Orice pompă folosită pentru a furniza apă trebuie conectată la un generator solar.

Pentru motoarele și pompele conectate direct este foarte important ca ele să fie eficiente, iar pornirea lor să fie posibilă, chiar dacă radiația solară este slabă.Atunci, generatorul solar va putea porni consumatorul chiar dacă insolația este scăzută.

Fig. 3.24 Telefon de urgență pe o autostradă din Spania

Generatorul solar pentru un telefonul de urgență este integrat în vârful stâlpului. Vârful poate fi orientat în patru direcții, astfel încât indiferent de orientarea telefonului de urgență, generatorul solar poate fi orientat cu fața spre soare.

Fig. 3.25 Stâlp de iluminat alimentat cu energie fotovoltaică

Generatorul solar. poate fi orientat către sud indiferent de direcția pe care o au stâlpii de iluminat. Bateria în acest caz este pe pământ.

Fig. 3.26 Far alimentat cu energie fotovoltaică

Farurile sunt de obicei departe de rețeaua publică și de multe ori sunt greu de conectat, astfel încât sursa de energie fotovoltaică se dovedește de cele mai multe ori cea mai bună sursă de energie.

Punctul de pornire în promovarea utilizării produselor și sistemelor de serie alimentate fotovoltaic trebuie să fie reducerea consumului de energie. Exemplele ilustrate mai sus arată că sistemele fotovoltaice pot înlocui sistemele convenționale de energie în multe cazuri.

În plus, prin independența față de rețeaua publică, dispozitivele fotovoltaice oferă numeroase avantaje: ușurința operării, costurile de întreținere scăzute și un impact mai mic asupra mediului datorită folosirii dispozitivelor fotovoltaice în locul bateriilor.

În sistemele fotovoltaice neconectate la rețea cuplarea generatoarelor fotovoltaice cu alte generatoare poate oferi și o siguranță mai mare de alimentare energetică în locurile cu mari fluctuații ale radiației solare. În ciuda costurilor, aceste sisteme care alimentează produsele industriale sau sistemele la distanță sunt mai economice decât extinderea rețelei publice de energie electrică.

Utilizarea rețelelor de informație și comunicație accesibile peste tot și tot timpul înseamnă deschiderea unei piețe imense de produse fotovoltaice, de informare și comunicare. Pentru energia fotovoltaică apare, astfel, o mare șansă de pătrundere pe piața produselor de informare și comunicare cu un mare potențial.

CAPITOLUL IV. STUDIU DE CAZ: SISTEME FOTOVOLTAICE UTILIZATE ÎN ALIMENTAREA UNEI LOCUINȚE IZOLATE

4.1 Dimensionarea unui sistem fotovoltaic

Principiul general care stă la baza dimensionării instalației PV este următorul: trebuie întotdeauna de respectat echilibrul între energia produsă de generatorul PV și energia consumată de utilizator. Acest echilibru se realizează pentru o perioadă definită, de obicei o zi sau o lună.

Prezența bateriei de acumulatoare permite compensarea deficitului între energia produsă și cea consumată, deficit care poate fi din cauza timpului noros sau suprasolicitării din partea consumatorului.Dimensionarea unui sistem PV presupune parcurgerea următoarelor etape principale:

1. Calculul radiației solare disponibile pe suprafața modulului PV:

Unghiul de înclinație a modulului PV față de orizont β se determină din condiția asigurării echilibrului consum / producere energie electrică în lunile cu cea mai mică radiație solară.

2. Calculul consumului diurn de energie electrică:

În acest scop, pentru fiecare consumator de curent continuu și alternativ se determină puterea nominală și orele de utilizare zilnică. Consumul de energie electrică, EC, se determină ca produsul puterii nominale la numărul de ore.

(4.1)

unde:

k – numărul de consumatori de c.c.;

m – numărul de consumatori de c.a.;

Pni – puterea nominală a consumatorilor de c.c. și c.a.;

ti, tj – durata de funcționare a consumatorilor respectivi;

ηR, ηCF, ηAc – respectiv randamentul regulatorului de încărcare –descărcare, acumulatorului și a convertorului de frecvență.

Pentru calcule prealabile ηR = 0,95-0,98, ηAc = 0,85-0,90, ηCF =0,85 – 0,95 puterile nominale ale utilajului electrotehnic sunt specificate în cartea tehnică. Totodată, ele pot fi puse la dispoziția proiectantului de firma producătoare de utilaje respective. Valorile duratelor de funcționare în zi a utilajelor se decurg din necesitățile declarate ale beneficiarului sau se determină din datele statistice.

3. Calculul cantității de energie electrică necesar, produs de modulul PV:

Energia care trebuie să fie produsă de modulul PV unde factorul K ia în considerație incertitudinea datelor meteorologice, pierderile în cabluri, abaterea punctului de funcționare a subsistemului modul PV – sarcina de la cel optimal, etc. Valoarea factorului K pentru sistemele PV cu baterii de acumulatoare este cuprinsă între 0,75 și 0,85.

(4.2)

4. Calculul puterii critice a modulului PV:

Se determină cu formula:

(4.3)

unde Gβ – prezintă valoarea medie a radiației solare globale pe perioada de interes în localitatea dată pentru unghiul de înclinație β a modulului PV. În formula Gβ este numeric egal cu numărul de ore pe zi de radiație solară standard egală cu 1000 W/m2 și se notează HRS.În dependență de puterea PC alegem puterea unui modul PV și numărul de module conectate în serie:

(4.4)

unde Ucc – este tensiunea nominală a consumatorilor de c.c.;

Um – tensiunea nominală a unui modul PV, care de obicei se consideră egală cu 12 V.

Numărul de module PV conectate în paralel se determină astfel. Se calculează curentul mediu al sarcinii pe parcursul unei zile.

(4.5)

Totodată, din condiția păstrării balanței de energie într-o zi, putem scrie:

(4.6)

unde IPV este curentul panoului PV.

Numărul de module PV conectate în paralel va fi:

(4.7)

unde Isc este curentul de scurt circuit a unui modul PV și se consideră aproximativ egal cu curentul în punctul M.

5. Calculul capacității acumulatoarelor:

Se determină cu formula:

(4.8)

unde n – este numărul de zile fără soare;

KD – coeficientul de descărcare a acumulatorului (0,5 -0,6 pentru Pb-acid și 1,0 pentru Ni-Cd).

Numărul de acumulatoare conectate în serie:

(4.9)

unde UA – tensiunea nominală a acumulatorului, de obicei egală cu 12 V.

6. Verificarea echilibrului consumului și producerii de energia electrică:

Verificarea se face prin compararea cantității de energie electrică care va fi produsă de panoul PV într-o zi pentru fiecare lună din perioada de interes cu cantitatea de energie electrică necesară calculată. Calculele se efectuează cu expresia:

(4.10)

unde HRSi este numărul de ore pe zi de radiație solară standard egală cu 1000 W/m2 pentru luna respectivă.

Fig. 4.1 Procedura de dimensionare a unui sistem PV

4.2 Aplicație: sistem fotovoltaic

Aplicatia consta in dimensionarea unui sistem PV care trebuie sa asigure alimentarea cu energie electrica pe timp de vara a consumatorilor existenti dintr-o casa cu 2 camere , situată in localitatea Constanta.

Tabelul 4.1 Consumatori

Fig. 4.2 Schemă casă

Perioada de exploatare a sistemului: aprilie – octombrie. Numărul de zile într-o săptămână de funcționare a consumatorilor n = 7. Numărul zilelor fără soare N = 2.

1. Consumul săptămânal de energie electrică. Conform formulei în cele 2 zile de funcționare a utilajului electrotehnic se va consuma:

(4.11)

(4.12)

unde:

Ec=energie electrică consumată;

k=numarul de consumatori de c.c;

m=numarul de consumatori de c.a;

Pni=puterea nominală a consumatorilor de c.c și c.a;

ti,tj=durata de funcționare a consumatorilor;

ηR,ηCF,ηAC=randamentul regulatorului de incărcare-desărcare, acumulatorului si a convertorului de frecvență.

2. Energia necesară de produs:

(4.13)

unde:

Ep=energia produsă;

Ec=energie electrică consumată;

k=ia inconsiderație datele meteorologice, pierderile în cabluri ,etc

=0.75-0.85.

3. Puterea critică a modulului PV:

(4.14)

unde:

Pc=puterea critică;

Ep=energia produsă;

Gβ=valoarea medie a radiației solare globale,unde Gβ este radiația solară globală diurnă incidentă pe suprafața panoului PV. Se presupune același unghi de înclinație deci valoarea Gβ va fi aceeași.

Alegem 5 module PV tip SATURN BS-50/55 cu puterea critică egală cu 130 W, curentul de scurt circuit Isc = 7.77 A, tensiunea de mers în gol U0 = 22.1 V, curentul în punctul maximal Imax = 7.22 A, tensiunea în punctul maximal UM = 18 V. Cost module PV: CPV = 5×150€ = 750 €.

Specificatii Tehnice:

Putere(Wp) : 130w

Tensiune maximă (Vmp): 18 V

Curentului de scurt circuit (Isc) 7,77 A

Curentul maxim (Imp) 7,22 A

Tensiune circuit deschis (COV) 22,1 V

Lungime(mm) : 1260

Latime (mm) : 680

Grosime (mm) : 35

Numarul de celule: 36

Tip celule: Mono-cristaline

Fig. 4.3 Panou fotovoltaic

Toleranță: +/-3 pozitiv

4. Curentul mediu consumat de sarcină pe perioada săptămânii se determina:

(4.15)

și curentul generat de panoul PV:

(4.16)

numărul de module conectate în paralel:

(4.17)

5. Capacitatea acumulatoarelor se determină:

(4.18)

unde:

C=capacitatea acumulatoarelor;

n=numarul de zile fără soare;

KD=coeficientul de descărcare a acumulatorului(0,5 -0,6 pentru Pb-acid și 1,0 pentru Ni-Cd);

U=tensiunea nominal.

Alegem 20 baterii de acumulatoare cu capacitatea standard de 150 Ah, care se vor conecta în paralel. Cost acumulatoare: Cac = 20•146€ =2920€.

Fig. 4.4 Acumulator

6. Verificăm echilibrul consumului și producerii de energia electrică pentru luna octombrie, în care dispunem de cea mai mică radiație solară – HRS = 3,48 h de radiație standard.Energia produsă de panoul PV într-o săptămână în luna octombrie:

(4.19)

ceea ce este foarte aproape de consumul săptămânal de energie electrică.

Dacă pe parcursul a două zile va fi timp noros, consumul va fi asigurat de acumulatoare. În acest caz gradul de descărcare a acumulatoarelor va fi:

(4.20)

În realitate dispunem de o rezervă de energie acumulată pentru 4 zile de timp noros.

7. Alegem puterea convertorului de frecvență și a regulatorului descărcare-încărcare egală cu 250 W. Costul acestora este: CC+R = 300€+50€ = 350 $.

– 90-560VDC

– monofazic

– 4.6KW continuu, maxim 5.06KW

– afisaj alfanumeric

– se conecteaza la retea (ethernet)

– detecteaza automat faza/nul

– facute in elvetia

Fig. 4.5 Convertor de frecventa

Fig. 4.6 Regulator solar incarcare panouri solare fotovoltaice 12v/24v 10a

8. Cost total al sistemului PV: CTPV = CPV + CAC + CC+R = 750 + 2920 + 350 = 4020€.

BIBLIOGRAFIE

1.AMJAHDI, Mohamed. Energia solară termică și fotovoltaică. Mohamed Amjahdi, Jean Lemale ;trad. Gina Văcărescu. București : Matrix Rom, 2012.

2. COSTIN, Mădălin. Cercetări și contribuții asupra structurilor de conversie electromecanică în sistemele eoliene : rezumatul tezei de doctorat. Mădălin Costin ; cond. șt. Grigore Fetecău. Galați :Universitatea din Galați, 2012.

3. LUCIAN, Victor Emil. Surse alternative de energie : ghid practic de proiectare, montaj, exploatare și întreținere a sistemelor de conversie care folosesc resurse regenerabile. VictorEmil Lucian. București :Matrix Rom, 2011.

4. MOCANU, Cătălin Bogdan. Studiul soluțiilor de realizare a independenței energetice a unei locuințe : rezumatul tezei de doctorat. Cătălin Bogdan Mocanu ; cond. șt. Tănase Panait. Galați, 2012

5. RĂDUCAN, Elena. Stocarea energiei electrice folosind noi dispozitive capacitive : teză de doctorat. drd. ing. Elena Răducan ; cond. șt. prof. univ. dr. ing. fiz. Luminița Moraru. Galați : Editura Universității "Dunărea de Jos" din Galați, 2011.

6. http://www.scrigroup.com/tehnologie/electronica-electricitate/Energia-luminoasa-Celula-fotov41149.php

7. http://documents.tips/documents/tehnologii-energetice-ii.html

8. http://documents.tips/documents/celula-fotovoltaica.html

9.http://schemaelectrica.blogspot.ro/2015/03/conversia-energiei-solare-in-energie.html?m=0#0

10. http://www.authorstream.com/Presentation/colegiul.caroli-1378431-sisteme-fotovoltaice/