Els panells solars fotovoltaics es basen en una tecnologia d’alta tecnologia però notablement senzilla que converteix la llum del sol directament a l’electricitat. És una idea que ha existit durant més d’un segle.
El 1839, el científic francès Edmond Becquerel va descobrir que determinats materials donarien llum d’energia elèctrica a la llum del sol. Els investigadors aviat van descobrir que aquesta propietat, anomenada l’ efecte fotoelèctric , podria ser aprofitada; les primeres cèl lules fotovoltaiques (PV), fetes de seleni, van ser creades a finals de 1800. A la dècada de 1950, els científics de Bell Labs van tornar a visitar la tecnologia i, utilitzant el silici, van produir cel·lules fotovoltaiques que podien convertir el 4% de l’energia directament a l’electricitat a la llum del sol.
Els components d’una cèl·lula fotovoltaica
Els components més importants d’una cèl·lula fotovoltaica són dues capes de material semiconductor compost comunament per cristalls de silici. Per si mateix, el silici cristal·litzat no és un conductor d’electricitat molt bo, però quan les impureses s’afegeixen intencionalment, un procés anomenat dopatge , l’escenari es configura per crear un corrent elèctric.
La capa inferior de la cèl·lula fotovoltaica sol ser dopada amb bor, que es vincula amb el silici per facilitar una càrrega positiva (P), mentre que la capa superior es dopada amb fòsfor, que es vincula amb el silici per facilitar una càrrega negativa (N).
La superfície entre els semiconductors “p-type” i “n-type” resultants s’anomena unió PN (vegeu el diagrama a continuació). El moviment d’electrons en aquesta superfície produeix un camp elèctric que permet que els electrons flueixen només des de la capa de tipus p fins a la capa de tipus n.
Quan la llum del sol entra a la cel·la, la seva energia colpeja els electrons solts en ambdues capes. A causa de les càrregues oposades de les capes, els electrons volen fluir des de la capa de tipus n a la capa de tipus p. Però el camp elèctric a la unió PN impedeix que això passi.
La presència d’un circuit extern, però, proporciona el camí necessari perquè els electrons de la capa de tipus n puguin viatjar a la capa de tipus p. Els electrons que flueixen a través d’aquest circuit, típicament cables prims que corren al llarg de la part superior de la capa de tipus n, proporcionen al propietari de la cel amb un subministrament d’electricitat.
La majoria dels sistemes fotovoltaics es basen en cèl·lules quadrades individuals a uns quants centímetres d’un costat. Solament, cada cel·la genera molt poc poder (uns quants watts), de manera que s’agrupen com a mòduls o panells . Els panells s’utilitzen com a unitats separades o s’agrupen en matrius més grans .
Hi ha tres tipus bàsics de cèl·lules solars:
- Les cèl·lules monocristals estan fetes en cilindres llargs i es tallen en obleas fines. Tot i que aquest procés és intensiu en energia i utilitza més materials, produeix les cèl·lules d’alta eficiència, aquelles que poden convertir la llum solar més entrant a l’electricitat. Els mòduls fets amb cèl·lules monocristals poden tenir eficiències de fins a 23% en algunes proves de laboratori. Un sol cristal té una mica més d’un terç del mercat global de PV .
- Les cèl·lules policristal·lines estan fetes de fosa de silici en lingots i es tallen en quadrats. Tot i que els costos de producció són més baixos, l’eficiència de les cel·les també és inferior, amb una eficiència superior al 20%. Les cèl·lules policristal·lines conformen la meitat del mercat fotovoltaic mundial.
- Les cèl·lules pel·lícula fina inclouen materials de polvorització o dipòsit (silici amorf, cadmium-telluride o altres) en superfícies de vidre o metall en pel·lícules primes, fent que el mòdul sencer en un moment en lloc d’assemblar-se a cèl·lules individuals. Aquest enfocament dóna com a resultat una menor eficiència, però pot ser un cost més baix. Les cèl·lules delgines són al voltant del deu per cent del mercat fotovoltaic mundial.
Com s’integra la potència solar a la xarxa elèctrica
La transició a un sistema elèctric amb una major quantitat d’energia solar proporciona molts beneficis. La gamma de tecnologies, incloses les instal·lacions solars distribuïdes a petita escala (en la seva majoria sistemes del terrat) i els sistemes fotovoltaics a gran escala, tenen avantatges diferents per als propietaris, empreses i empreses de serveis públics.
L’electricitat generada pels panells solars del terrat proporciona per primer cop les necessitats in situ, amb la xarxa subministrant electricitat addicional, segons sigui necessari. Quan la llar o el negoci generen més electricitat del que consumeix, l’electricitat s’alimenta de nou a la xarxa.
Un dels majors beneficis que la terrassa del sòl proporciona a la graella és que sovint produeix electricitat quan -i on- aquest poder és més valuós. Per exemple, en moltes regions, la demanda del sistema elèctric pica a la tarda en dies calents i assolellats, quan l’ús de l’aire condicionat és alt i quan el terrat solar està funcionant amb força. Aquests sistemes, per tant, ajuden els serveis públics a satisfer la demanda màxima sense disparar plantes d’energia poc usades que són alhora costoses i més contaminants que la majoria d’altres opcions.
Els sistemes de terratrèmols també redueixen la pressió sobre els equips de distribució i transmissió d’electricitat, ja que permeten que les llars i les empreses puguin treure el poder inicialment en lloc de dependre completament de la xarxa elèctrica. Els avantatges són dobles: l’ús de la potència in situ evita les ineficiències del transport de l’electricitat a grans distàncies, i els sistemes in situ permeten que la utilitat posponga actualitzacions cares a la seva infraestructura.
Els sistemes solars a gran escala , a diferència de la solar del terrat, alimenten la seva electricitat directament a la xarxa elèctrica d’alta tensió i, per tant, tenen algunes similituds amb les centrals centrals a les quals es va desenvolupar el sistema elèctric nord-americà.
El PV a gran escala, com els sistemes del terrat, té el benefici de treballar sovint a la màxima capacitat quan la demanda també és la més gran. A més, la naturalesa inherentment modular de la tecnologia fotovoltaica ajuda a fer que els sistemes fotovoltaics siguin més resistents a un clima extrem que les centrals elèctriques tradicionals que substitueixen. Els grans carbons, gas natural i plantes nuclears són propensos a fallades en cascada quan part d’un sistema està danyat. Amb una PV a gran escala, fins i tot si una secció d’un projecte solar està dañada, la major part del sistema és probable que continuï treballant.
I mentre els sistemes solars a gran escala depenen de les línies de transmissió que es puguin veure afectades per un clima extrem, els propis projectes sovint tornen a estar en servei poc després dels esdeveniments.