În momentul de față, cantitatea de combustibili fosili este în scădere la nivel global. Din cauza dezechilibrului dintre cererea și oferta de energie electrică, nevoia de surse alternative de energie s-a intensificat. În acest context, energia solară reprezintă o soluție ideală pentru a compensa această nevoie. Sistemele fotovoltaice oferă o opțiune sustenabilă pentru această criză energetică, întrucât contribuie semnificativ la reducerea dependenței față de combustibili fosili, în timp ce ajută în lupta contra schimbărilor climatice.
Tehnologia fotovoltaică este un sector inovator și fundamental în generarea energiei electrice prin transformarea radiației solare în electricitate. Componenta centrală a acestei tehnologii este celula fotovoltaică. Aceasta este elementul fundamental al tehnologiei fotovoltaice și reprezintă o modalitate durabilă și curată de a produce energie electrică.
Cum este transformată energia solară în electricitate
O celulă fotovoltaică (numită și ”celulă solară”) este un dispozitiv electronic care transformă radiația solară direct în electricitate. Aceasta este realizată dintr-un material semiconductor. Atunci când fotonii proveniți din energia solară lovesc o celulă fotovoltaică, aceștia se pot fie reflecta, trece prin celulă sau pot fi absorbiți de aceasta. Fotonii absorbiți furnizează energie pentru a genera electricitate. Electronii din materialele semiconductoare sunt eliberați din atomii lor atunci când absorb suficientă radiație solară. Suprafața frontală a celulei este mai susceptibilă la electronii dislocați sau liberi datorită tratamentului special de suprafață utilizat în timpul producției, care face ca electronii să migreze în mod natural la suprafața celulei.
Electronii au sarcină negativă. Când electronii se mișcă spre partea din față a celulei solare, aceasta creează un dezechilibru de încărcare între partea din față și cea din spate a celulei. Acest dezechilibru produce o tensiune electrică, iar conductorii electrici de pe celulă capturează acești electroni. Când conductorii sunt conectați într-un circuit electric, electricitatea circulă prin circuit.
Imaginea de mai sus prezintă interiorul unei celule fotovoltaice. Sursa imaginii este U.S. Energy Information Administration.
Clasificarea celulelor fotovoltaice
Celulele fotovoltaice pot fi fabricate în multe moduri diferite și dintr-o varietate de materiale diferite. Cu toate acestea, ele îndeplinesc aceeași sarcină, și anume colectarea energiei solare și de a o transforma în energie electrică.
Celulele solare pot fi clasificate în celule de prima, a doua și a treia generație.
- Celulele de prima generație sunt fabricate din siliciu cristalin, care include materiale precum polisiliciu și siliciu monocristalin. Acestea sunt materiale semiconductor comune utilizate în industria fotovoltaică pentru a produce celule solare eficiente.
- Celulele de a doua generație sunt celule solare cu peliculă subțire, care includ siliciu amorf, celule CdTe și CIGS. Acestea sunt utilizate pentru a genera energie electrică în diverse aplicații, de exemplu clădiri, sisteme portabile și dispozitive electronice.
- A treia generație de celule solare include o serie de tehnologii cu peliculă subțire descrise adesea ca fiind fotovoltaice emergente. Ele promit să aducă progrese semnificative în eficiența și accesibilitatea energiei solare.
Sistemele fotovoltaice
Un sistem fotovoltaic este un sistem de producere a energiei electrice care utilizează celule fotovoltaice pentru a genera energie electrică prin conversia energiei solare.
Un sistem fotovoltaic conține mai multe elemente-cheie care lucrează împreună pentru a utiliza energia solară. Principalele componente ale unui sistem fotovoltaic sunt:
- Panouri fotovoltaice: Panourile fotovoltaice sunt dispozitive care convertesc lumina solară în energie electrică prin intermediul celulelor fotovoltaice. Aceste panouri sunt alcătuite din celule fotovoltaice fabricate din materiale semiconductoare, cum ar fi siliciul, care generează curent electric atunci când sunt expuse la radiația solară.
- Invertor: Invertorul este un dispozitiv care transformă curentul continuu produs de panourile fotovoltaice în curent alternativ, utilizat de industrie, businessuri, gospodării, infrastructură, etc.
- Structură de montare: Structurile de montare au rolul de a poziționa panourile la un unghi și orientare optime pentru expunerea la lumina soarelui. Panourile trebuie montate pe o structură, cum ar fi un acoperiș sau o structură montată la sol, pentru a capta eficient lumina soarelui.
- Sistem de monitorizare: Sistemul de monitorizare colectează și analizează date legate de performanță. Astfel, utilizatorii primesc statistice, informații despre energia generată, starea componentelor, si eventualele probleme ce pot apărea în timpul utilizării.
- Instalații electrice și conectori: Instalațiile electrice și conectorii asigură conexiunea între elementele sistemului și facilitează fluxul energiei electrice. Conectorii fotovoltaici sunt concepuți special ca să reziste la condiții meteo variate și să prevină pierderile de energie.
- Controler de încărcare: Controlerul de încărcare, numit și regulator de încărcare, gestionează încărcarea și descărcarea bateriilor utilizate în sistem. Printre funcționalitățile controlerului de încărcare se află reglarea tensiunii și a curentului, prevenirea supraîncărcării și gestionarea energiei excedentară.
- Baterii: Bateriile se utilizează atunci când panourile fotovoltaice nu produc suficientă electricitate, de exemplu în timpul nopții sau în zilele fără lumină solară. Bateriile au ca parte integrantă controlerul de încărcare. Controlerul de încărcare, numit și regulator de încărcare, gestionează încărcarea și descărcarea bateriilor utilizate în sistem. Printre funcționalitățile controlerului de încărcare se află reglarea tensiunii și a curentului, prevenirea supraîncărcării și gestionarea energiei excedentară.
Elementele componente ale sistemelor fotovoltaice lucrează în armonie pentru a captura, stoca și utiliza eficient energia solară.
Importanța energiei regenerabile în lumea modernă
Energia regenerabilă joacă un rol foarte important în lupta cu schimbările climatice. Soarele reprezintă o sursă infinită de energie accesibilă la scară largă, și a venit momentul să ne bucurăm din plin de potențialul energiei acestuia. Prin adoptarea tehnologiilor solare, contribuim semnificativ la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, limitând impactul negativ al schimbărilor climatice. De asemenea, energia solară este o sursă inepuizabilă și durabilă.
Energia electrică generată cu ajutorul panourilor fotovoltaice oferă oportunități de dezvoltare și îmbunătățire a calității vieții în comunități mai puțin dezvoltate. De asemenea, dezvoltarea acestei industrii stimulează creșterea economică și reduce dependența de importurile energetice.
Eforturile de cercetare și inovare continuă în domeniul energiei regenerabile cu scopul de a genera noi progrese. Industria energiei solare generează oportunități de angajare în diverse domenii, de la cercetare și dezvoltare la instalare, mentenanță și producție. O creștere a cererii pentru panouri solare și tehnologii conexe conduce la extinderea fabricilor și la crearea de noi facilități de producție, generând astfel locuri de muncă.
De la transformarea directă a radiației solare în curent electric până la diversitatea celulelor fotovoltaice și importanța lor, articolul evidențiază rolul-cheie al acestor tehnologii în lupta globală împotriva schimbărilor climatice. Sistemele fotovoltaice reprezintă soluții inovatoare pentru producerea de electricitate și sunt un element fundamental în construirea unui mediu durabil și satisfacerea cerințelor aflate în creștere.
În prezent devine din ce în ce mai evidentă importanța energiei regenerabile, de aceea investiția în tehnologia fotovoltaică este o alegere inteligentă și o contribuție semnificativă la construirea unui viitor energetic sustenabil.
