1.INTRODUCERE
Rezolvarea problemelor globale ale omenirii criza energetic,
legat de epuizarea resurselor naturale de combustibili fosili i
compromiterea serioas a mediului ambiant, cade, n primul rnd, pe
umerii inginerilor.Astfel de probleme a facut necesar apariia
tratatului de la Kyoto n decembrie 1997. El a fost adoptat n urma
recomandrilor Comisiei Interguvernamentale a Naiunilor Unite pe
probleme de mediu. Comisia a recomandat reducerea emisiilor
anumitor gaze n atmosfer- acele gaze care nu mai las s treac spre
spaiu cldura n exces de pe suprafaa planetei, cum ar fi dioxidul de
carbon.Se apreciaz c de la nceputul revoluiei industriale omenirea
a produs i pompat n atmosfer cu 30% mai mult dioxid de carbon dect
exista n mod natural pe pmnt n urm cu doar 200 de ani, de exemplu.
n prezent Statele Unite sunt responsabile de aproape 20% din
emisiile de astfel de gaze. Majoritatea provin din activitatea
industrial i cu precdere din centralele electrice pe baz de gaze
sau crbuni. n topul celor care polueaz se mai afl Japonia, Rusia i
majoritatea rilor din Uniunea European.Pe ultimele locuri sunt rile
n curs de dezvoltare, cu precdere cele din Africa.Aproape toate
rile lumii au stabilit de principiu la Kyoto, n 1997, c trebuie s
reduc nivelul polurii cu dioxid de carbon i alte asemenea gaze care
amplific efectul de ser.Soluia este trecerea de la producia de
energie pe baz de gaze i crbune la energiile curate - energie
solar, eolian, hidrocentrale.Deoarece lumea este att de dependent
de energie, deoarece majoritatea populaiei Terrei folosete
combustibili fosili pentru a-i satisface necesitile energetice ct
casnice att i n domeniul transportului, fapt ce provoac zi de zi un
grad nalt de poluare a mediului, apare strict necesitate de a cuta
surse noi de energie durabile i prietenoase mediului. Vor trebui
gsite surse de energie care produc cea mai mic poluare posibil i de
implementat n toate domeniile. Deoarece toate sursele tradiionale
de energie utilizate polueaz mediul ambiant, energiile
regenerabile, practic, sunt lipsite de acest effect negativ.
Sursele regenerabile de energie pot fi utilizate att drept surse
centralizate de energie, ct i, n mare parte, descentralizate,
deosebit de avantajoase, n special pentru posesorii de
autovehicule.Sectorul energetic al Republicii Moldova se afl ntr-o
stare mult mai grav. Dependena total a Republicii Moldova de
importul de resurse energetice afecteaz grav securitatea energetic.
Peste 94,5 % din sursele primare de energie sunt importate. Conform
datelor preliminare ale ANRE (Autoriti Naionale de Reglementare n
Domeniul Energiei), numai 23,6 % din energia electric consumat n
anul 2007, a fost produs n partea dreapt a Nistrului, iar 76,5% -
importate din Ucraina. n acest scop Guvernul Republicii Moldova a
lansat Strategia energetic a Republicii Moldova pn nanul 2010, care
avea ca scop creterea cotei energiilor regenerabile n bilanul
energetic pn la 10 % n anul 2010 i 20 % n 2020. De asemenea, clima
relative secetoas (n special n zona de sud a Republicii) necesit
irigarea terenurilor agricole.Republica Moldova posed cteva tipuri
de energii regenerabile ethnic explorabile, exploatarea eficient a
crora ar putea rezolva n mare msur problemele energetice cu care se
confrunt: energia solar, eolian, hidraulic i a biomasei. O ramur
rapid crescnd ce utilizeaz mult resurse energetice neregenerabile i
deosebit de poluante este transportul auto, care n primul rind este
necesar de ajustat la cerine nalte de ecologizare n vederea
asigurrii unei societi sntoase, n toate sensurile acestui cuvnt,
capabile s asigure un tempou sporit de dezvoltare a ntregii ri. n
acest proiect se v-a studia perspective i posibilitatea folosirii
fenomenului de conversie a energiei solare pentru propulsarea
autovehiculelor.tiina care se ocup de conversia luminii solare n
energie electric dateaz de mai bine de un secol. Cu toate acestea,
se caut nencetat noi metode pentru a face din acest proces unul mai
eficient i mai convenabil. Procesul nu implic numai cunotine
fundamentale de fizic i chimie, n unele cazuri chiar i de biologie,
ci prezint i provocri serioase n materie de inginerie. 2.CAPITOLUL
I.Energia radiatiei solare: este forma de energie care, la scara
timpului, conceputa in raport cu viata pe Pamnt, este
inepuizabila.Cantitatea de energie primit de la soare corespunde
anual cifrei de 1,5 miliarde de milioane de MWh, ceea ce reprezint
circa 23 000 de ori consumul actual de energie, sau de 5 - 10 ori
ansamblul tuturor rezervelor de combustibili fosili cunoscui,
inclusiv minereul de uraniu.Disponibilitatea acestei energii
depinde de ciclul zi-noapte, de latitudinea locului unde este
captat, de anotimpuri i de ptura noroas.Energia solar termica se
bazeaz pe producerea de ap cald utilizat n cldiri, sau n scopul de
a permite acionarea turbinelor ca i n cazul centralelor termice
clasice, pentru producia de electricitate, cu randamentul net
intr-adevr mic, de 15%.Energia solar fotovoltaic se bazeaz pe
producerea direct de electricitate prin intermediulcelulelor cu
siliciu. Atunci cnd strlucete i atunci cnd condiiile climatice sunt
favorabile, soarelefurnizeaz o putere de 1 kW/mp. Panourile
fotovoltaice permit convertirea direct n electricitate a 10 - 15%
din aceast putere. De exemplu un acoperi fotovoltaic de 5x4 metri
are o putere de 3kW i produce 2 6 MWh/an.Energia solar fotovoltaic
era foarte puin semnificativ n 1999. Creterea ns a acestei ramurise
dovedete a avea importan: ntre 2002 i 2003, ea a atins 43,4%.
Puterea nregistrat n cadrul Uniunii Europene, a fost n 2003, de
562,3 MW. n fruntea listei rilor Uniunii Europene se afl Germania
(397,6 MW), Olanda (48,63 MW), Spania (27,26 MW) si Italia (26,02
MW). Pentru comparaie, iat aici puterile nregistrate n cteva alte
ri, n 2003: Frana (21,71 MW), Portugalia (2,07 MW) si Belgia (1,06
MW). Se remarc faptul c nu rile aflate n sudul Europei dezvolt cel
mai mult filiera fotovoltaica.Efectul fotoelectric, respectiv
transformarea energiei solare ("foton") in energie electrica
("volt") a fost descoperit n 1839 de fizicianul A. Becquerel.Acest
efect se bazeaz pe trei fenomene fizice simultane, strns legate
ntre ele: Absorbia luminii de ctre materiale; Transferul energiei
de la fotoni la sarcinile electrice; Colectarea sarcinilor;
2.1. Absorbia luminii.Lumina este compus din fotoni. Acetia pot
penetra anumite materiale, sau chiar s le traverseze. n general, o
raz de lumin care atinge suprafaa unui mediu, poate suporta trei
fenomene optice:a. Reflexia: lumina este "ntoarsa" de ctre
suprafa;b. Transmisia: lumina traverseaz obiectul;c. Absorbtia:
lumina penetreaz obiectul i nu l mai prsete, energia fiind
restituit ntr-o alt form. ntr-un material fotoelectric, o parte a
energiei fluxului luminos v-a fi restituit sub form deenergie
electric. Trebuie deci ca materialul s aib capacitatea de a absorbi
lumina vizibil, aceasta fiind ceea ce se dorete a se converti:
lumina solara sau a altor surse artificiale.
2.2. Cum se transform energia luminoas n electricitate?Sarcinile
elementare ce vor determina apariia unui curent electric n urma
iluminarii, sunt electroni (sarcini negative elementare, continuti
de materialele semiconductoare). Fotonii vor ceda energia lor,
electronilor periferici, ceea ce le v-a permite s se elibereze de
atracia exercitat de nucleu. Aceti electroni eliberai vor putea
forma un curent electric, daca sunt extrasi din material.
2.3. Colectarea sarcinilor.Pentru ca sarcinile eliberate prin
iluminare s genereze energie, trebuie ca acestea s circule. Trebuie
deci extrase din materialul semiconductor i creat un circuit
electric. Aceast extracie a sarcinilor se realizeaz prin
intermediul unei jonciuni create special n semiconductor. Scopul
este de a crea un cmp electric n interiorul materialului, care v-a
antrena sarcinile negative intr-un sens, iar pe cele positive n
cellalt sens. Aceasta se realizeaz prin doparea semiconductorului.
Jonciunea unei fotocelule cu siliciu este constituit dintr-o parte
dopat cu fosfor (P), numit de tip "n", alipit unei pri dopate cu
bor (B), numit de tip "p". La frontiera celor dou pri se creaz
cmpul electric care separ sarcinile pozitive i cele negative
(Figura 1).
Fig.1
2.4. Doparea semiconductoarelor.Doparea unui material
semiconductor reprezint introducerea n structura materialului a
unor sarcini excedentare, pentru a se ameliora conductivitatea
materialului.
Fig. 2 Siliciu pur Fig.3 Siliciu N Fig.4 Siliciu P
Reprezentarea schematica plan a atomilor de siliciu (4 electroni
pe stratul exterior).n stare pur, numit "intrinsec", siliciul nu
este fotoconductor (figura 2). Fiind dopat cu fosfor (5 electroni
pe stratul exterior), v-a aprea un excedent de sarcini negative.
Materialul v-a fi potenial "donor" de electroni, disponibili pentru
conducia electric. Acest tip de material este siliciul de tip "n"
(figura 3). Se poate dopa siliul cu bor (3 electroni pe stratul
exterior), aparnd un excedent de "goluri", respectiv de sarcini
pozitive. Materialul va fi potential "acceptor" de electroni. Acest
tip de material este siliciul de tip "p" (figura 4).
n figura de mai jos este prezentat structura energetica a
materialelor semiconductoare, deci i a siliciului:
Fig. 5 Structura energetica a materialelor
semiconductoareGrosimea total a unei celule fotovoltaice este de
cca. 0,3 mm, iar grosimea stratului n, este decca. 0,002mm. Uzual,
deasupra electrodului negativ al celulei fotovoltaice, se amplaseaz
un strat antireflexie, cu rolul de a impiedica reflexia radiaiei
solare incidente pe suprafaa celulei electrice solare, astfel nct o
cantitate ct mai mare de energie s fie transferta electronilor de
valen din cele dou straturi semiconductoare. Celulele fotovoltaice
au dimensiuni uzuale de 10x10cm i mai recent de 15x15cm.
2.5. Caracteristicile unui panou fotovoltaic sunt: Tensiunea de
mers n gol UOC, respectiv, tensiunea la bornele celulei, atunci cnd
curentul debitat este nul; Curent de scurtcircuit ISC, respectiv
curentul debitat de celul, atunci cnd tensiunea la bornele sale
este nula; Tensiunea n punctual optimde funcionare UMPP; Curentul n
punctul de putere maxim IMPP; Putere maxim PMPP; Factor de umplere
FF; Coeficient de modificare a puterii cu temperatura celulei;
Randamentul celulei solare ;
2.6. Modelul simplificat al unei celule fotovoltaice.
Fig.6 Schema a unei cellule fotovoltaice.
De fapt, o celul este constituit din dou straturi subiri de
material semiconductor. Cele dou straturi sunt dopate diferit:-
pentru stratul n, aport de electroni periferici;- pentru stratul p,
deficit de electroni.ntre cele dou straturi v-a aprea o diferen de
potenial electric. Energia fotonilor luminii, captai de electronii
periferici (stratul n) le v-a permite acestora s depeasc bariera de
potential i s creeze astfel un curent electric continuu. Pentru
colectarea acestui curent, se depun, prin serigrafie, electrozi pe
cele dou straturi semiconductoare. Electrodul superior este o gril
ce permite trecerea razelor luminoase.Pe acest electrod se depune
apoi un strat antireflectorizant, pentru creterea cantitaii de
lumin absorbit.Rezistena serie a celulei, Rs, ntlnita de curentul
lateral (orizontal) n stratul superior al celulei este responsabil
de reducerea puterii electrice furnizate de celul, n sarcin. Un
design electric (structural) optim are n vedere minimizarea lui Rs
prin utilizarea unui material ct mai bun conductor n construcia
stratului superior, creterea grosimii sale, contacte galvanice
bune, si o geometrie optim pentru gridul colector.Pentru a elimina
pierderile de energie solar incidena i pentru protecia impotriva
agenilor externi se aplic peste gril un material antireflector.
Celula solar este nchis intr-o capsul din sticl sau din material
plastic transparent.Randamentul unei celule depinde de iluminare i
de temperatur.
2.7. Variaia puterii funcie de temperatur.Temperatura este un
parametru important, deoarece celulele sunt expuse radiaiei solare,
fiind posibil ncalzirea lor. n plus, o parte din energia absorbit
nu este convertit n energie electric: se disip sub form de caldur.
Din aceste motive, temperatura celulelor este intotdeauna mai
ridicat dect a mediului ambiant.
Fig.7 Variatia caracteristicilor curent-tensiune ale celulelor
fotovoltaice funcie de temperatura jonctiunii, la iradiere solara
constant.
Cu ajutorul figurii de mai sus se poate observa c temperatura
celulei are o importan foarte mare asupra performanelor electrice.
Cu ct temperatura este mai mica, cu att celula este mai eficient.
Sistemele fotovoltaice nu utilizeaz dect o mic parte din radiaia
solar i de anumite lungimi de und, pentru a produce energie
electric. Restul energiei primite la suprafa este transformat n
cldur, ce conduce la cresterea temperaturii celulelor componente i
la scderea randamentului lor. n consecin, cresterea productivitii
energetice a acestor instalaii presupune att eficientizarea
funcionrii lor n domeniul electric, ct i studiul fenomenelor
termice care au loc.Fiecare grad de nclzire a celulei, determin o
pierdere a randamentului de ordinul a 0,5 %. n mod empiric, s-a
constatat c fotocurentul crete puin cu temperatura (de ordinul a
0.05%/K, n cazulcelulelor cu siliciu). De asemenea, se poate
observa c punctul de putere maxim poate avea variaii
semnificative.
2.8. Variaia caracteristicilor funcie de iradierea
solar.Iluminarea influenteaz esential caracteristicile celulelor. n
figurile de mai jos sunt prezentate familii de caracteristici I-U
(curent-tensiune) i P-U (putere-tensiune), pentru diferite valori
ale iluminrii. Se poate considera c tensiunea U este constant,
deoarece variaia valorii Upmax n funcie de iluminare, este infim.
Pierderea de putere din acest motiv nu este semnificativ.
Fig.8 caracteristica I-U a celulei. Fig.9 caracteristica P-U a
celulei.
Pentru creterea iluminrii celulelor, este de dorit ca acestea s
fie orientate astfel nct, razele Soarelui s cad perpendicular pe
ele. De exemplu, pe timpul iernii, un panou plasat orizontal este
de doua ori mai putin eficient dect un panou nclinat, astfel nct
incidena radiatiei s fie perpendicular pe acesta.n condiii standard
STC (1000W/m., 25C, AM1.5), puterea maxim a unei celule de siliciu
de 10 cm2. v-a fi de aproximativ 1,25 W. Celula fotoelectric
elementar reprezint, deci, un generator electric de foarte mica
putere, insuficient pentru majoritatea aplicaiilor casnice sau
industriale. n consecin, generatoarele fotoelectrice sunt realizate
prin conectarea n serie i/sau n paralel a unui numar mare de celule
elementare. Aceste grupri se numesc module, care la randul lor vor
forma panourile. Aceasta conectare trebuie s se realizeze cu
respectarea anumitor criterii precise, inand cont de dezechilibrele
care se creeaz n timpul funcionarii ntr-o reea de fotocelule.
Practic, chiar dac numeroasele celule care formeaz un generator,
sunt teoretic identice, datorit inevitabilelor dispersii de
fabricaie, ele au caracteristici diferite. Pe de alta parte,
iluminarea i temperatura celulelor nu este aceeai pentru toate
celulele din reea. Din aceste motive trebuiesc luate masuri pentru
evitarea deteriorarii celulelor (diode de protectie).
Fig.10 Tensiunea i intensitatea curentului electric asigurate de
o celul fotovoltaic din siliciu, la diferite intensiti ale
radiatiei solare.
2.9. Harta solara a Republicii Moldova. a) b)Fig. 11 Durata de
strlucire a soarelui, h/an (a) i iradierea anual (expunerea)solar,
kWh/m2.2.10. Caracteristica tensiune-curent a celulei fotovoltaice
are forma din figura de mai jos:
Fig.12 Caracteristica tensiune-curent.
Imp este curentul la puterea maxim a celulei, Vmp este voltajul
la putere maxim al celulei, Pmp este puterea maxim a celulei, iar
V0C este tensiunea de mers n gol a celulei. Produsul intre
tensiunea i curentul celulei dau puterea celulei. Puterea debitat
de celul are un maxim funcie de tensiunea produs.Caracteristica
tensiune-curent (U-I) a unui modul fotovoltaic depinde n principal
de intensitatea radiaiei solare i de temperatura celulelor. Astfel
pentru diferii parametri meteorologici exist o caracteristic de
funcionare a generatorului fotovoltaic. La intersecia
caracteristicii U-I cu caracteristica sarcinii de la bornele
generatorului fotovoltaic se gsete punctul de funcionare Pmp. Acest
punct difer n general de punctul maxim de putere (MPP), la care
sistemul poate functiona, cnd ntre generator i sarcin se realizeaz
transferul optim de putere. n consecin MPP depinde de condiiile de
funcionare ale generatorului fotovoltaic, dar i de caracteristicile
electrice ale sarcinii de la borne. Scopul sistemelor de urmarire a
punctului maxim de putere (MPPT) este de a menine punctul de
funcionare ct mai aproape de MPP.Pentru a realiza transferul maxim
de putere dintre generatorul fotovoltaic i receptor se
interconecteaz un convertor DC-DC.Umbrirea unei singure celule a
unui modul fotovoltaic conduce la scderea productivitii acestuia cu
aproximativ 50%.
2.11. Radiaia solar.Radiaia solar care ajunge direct de la
discul solar pe suprafaa terestr se numeste radiaie solar
direct.Radiaia solar care ajunge pe suprafaa terestr pe alte ci
dect direct de la discul solar se numete radiaie solar
difuz.Cantitatea totala de energie transmis, pe toate lungimile de
und, prin radiaie direct sau difuz, la nivelul solului, se numeste
radiaie solar global.
3.CAPITOLUL II.
3.1. Componentele unui sistem fotovoltaic.Un sistem fotoelectric
cuprinde:- Celulele fotovoltaice;- Baterii de acumulatoare;-
Regulatoare de sarcin;- Convertoare statice;- Alte componente;
A. Celulele fotovoltaiceNu pot fi asimilate cu nici un alt tip
de generator clasic de energie electric de curent continuu. Aceasta
deoarece, celula fotovoltaic nu este nici surs de tensiune
constant, nici sursa de current constant. n prezent, randamentul
conversiei energiei solare n energie electric este slab. Aceasta
nseamn c, ntr-o zon cu expunere nominal de 1000 W/m2, sunt necesari
12 m2 de panouri fotovoltaice pentru a furniza 1 kWv, ceea ce
determin un cost ridicat al watt-ului.
B. Regulatoarele de sarcin.n sistemele fotoelectrice se pot
utiliza mai multe tipuri de regulatoare. Acestea controleaz fluxul
de energie, trebuind s protejeze bateria de suprancrcare (solar) i
de descarcare grav (consumatori). De asemenea, regulatoarele asigur
supravegherea i sigurana instalaiei.Exist trei categorii principale
de regulatoare: Regulatoare serie, care conin un intreruptor ntre
generatorul fotoelectric i bateria deacumulatoare, pentru
ntreruperea ncrcrii.
Fig.13 Schema regulatorului serie.
ntreruptorul de ncarcare este n serie cu bateria. El se deschide
cnd bateria este ncrcat. Avantaj: tensiunea la bornele
ntreruptorului este mic.Dezavantaj fa de regulatoarele de tip
paralel: ntreruptorul determin o cdere de tensiune suplimentar ntre
panouri i baterie. Regulatoare paralel, care scurtcircuiteaz
generatorul fotoelectric la finalul ncrcrii bateriei de
acumulatoare.
Fig.14 Schema regulatorului paralel.
Pe durata ncrcrii, panourile fotovoltaice sunt conectate direct
la baterii. Cnd acestea sunt ncrcate, panourile sunt
scurtcircuitate. Dioda de seprare trebuie neaparat s fie prevazut n
schem, pentru a nu scurtcircuita bateria atunci cnd intreruptorul
este nchis. Aceast diod asigur i blocarea curentului nocturn, ce ar
putea s apar ntre baterie i panou.ntreruptorul static este de cele
mai multe ori un tranzistor MOSFET.
Dezavantaje:- ntreruptorul este solicitat de intreaga tensiune a
panoului, putnd deci s apar probleme de protecie la supratensiuni.-
Solicitarea termic a ntreruptorului poate fi important la valori
mari ale curentului.
Regulatoare ce urmresc punctul de putere maxim (MPPT - Maximum
Power Point Tracking), care permit extragerea din cmpul de celule,
n permanen, a maximului de putere.Regulatoarele MPPT sunt concepute
pentru a asigura extragerea puterii maxime din panourile
fotovoltaice. Aceasta permite recuperarea maximului de energie,
indiferent de temperatur i iluminare. n permanen, tensiunea i
curentul sunt msurate, pentru deducerea puterii extrase din panou.
Puterea este comparat cu valoarea anterioar a acesteia. n urma
comparrii, tensiunea la bornele panoului este crescut sau
redus.
Avantaj: Funcioneaz ntr-o plaj foarte larg de temperaturi, ceea
ce asigur recuperarea excesului de energie pe durata iernii.
Dezavantaj: Investiia devine rentabil n urma analizei
pierderilor induse de regulatorul MPPT i de convertoarele
c.c.-c.c.
C. Convertoarele statice.n funcie de aplicaie, se utilizeaz
convertoare statice pentru adaptarea puterii generate la necesitile
sarcinii.n principal, exist convertoare c.c.-c.c., care adapteaz
tensiunea de c.c. furnizat de panourile fotoelectrice la necesitile
sarcinii i convertoare c.c.-c.a., care transform energia de c.c. n
c.a., pentru alimentarea sarcinilor corespunztoare.Convertoare
c.c.-c.c.Aceste convertoare, (Variatoare de Tensiune Continua -
VTC), transforma o tensiune continua (a bateriei), tot n tensiune
continu, cu valoare medie diferit, pentru alimentarea sarcinilor de
c.c.Exist dou tipuri de astfel de VTC: ridictor i cobortor.
Fig.15 Schema de principiu a unui VTC ridicator.
VTC ridictor.Pe intervalele cnd intreruptorul este nchis, n
bobin se inmagazineaz energie de la baterie. La deschiderea
ntreruptorului, tensiunea de autoinducie a bobinei, mpreun cu
sursa, determin apariia unei supratensiuni, ce este transferat
condensatorului i sarcinii. Dioda (numit "de separare") impiedic
descrcarea condensatorului pe intervalele cnd ntreruptorul este
nchis. Condensatorul filtreaz tensiunea continu la ieire,
reducndu-i pulsaiile.Randamentul unor astfel de convertoare este de
70%, putnd atinge 85 - 90% pentru cele mai performante.
VTC cobortor.Tensiunea la ieire este mai mic dect a bateriei,
fiind utilizate pentru alimentarea sarcinilor cu tensiune mai mic
dect a bateriei (aparate radio).
Fig.16 Schema de principiu a unui VTC cobortor.
Pe intervalele cnd ntreruptorul este nchis, bateria debiteaz
curent sarcinii, ce parcurge bobina. Cnd ntreruptorul este deschis,
energia nmagazinat n bobin, asigur meninerea nenul a curentului, ce
se va nchide pe aceste intervale, prin diod (numit "de
nul").Randamentul acestor convertoare este de 80 - 90%.
D. Alte component.n aceast categorie intr elementele conexe, dar
care sunt indispensabile bunei funcionri a sistemelor
fotoelectrice: proteciile contra descrcrilor atmosferice,
disjunctoare i sigurane fuzibile. Deoarece panourile solare sunt
echipamente scumpe, ele trebuie protejate pentru a evita
deteriorarea lor. Pericolele sunt multiple: Perturbaii induse de
comutaiile elementelor din componena convertoarelor statice de
putere. Se pot utiliza filtre pentru eliminarea armonicilor.
Funcionarea sarcinii: panourile se deterioreaz repede dac absorb
putere electric. Se pot utiliza diode care s mpiedice circulaia
curentului n sensul nedorit. Descrcri atmosferice.
3.2. Celula fotoelectric.
3.2.1 Principiu de functionare al celulei fotoelectrice.O celul
fotoelectric poate fi asimilat cu o diod fotosensibil, funcionarea
ei bazndu-se pe proprietile materialelor semiconductoare.Celula
fotoelectric permite conversia direct a energiei luminoase n
energie electric. Principiul de funcionare se bazeaz pe efectul
fotoelectric. Efectul fotoelectric, respectiv transformarea
energiei solare ("foton") n energie electric ("volt") a fost
descoperit n 1839 de fizicianul A. Becquerel.Acest efect se bazeaz
pe trei fenomene fizice simultane, strns legate ntre ele: Absorbia
luminii de ctre material; Transferul de energie de la fotoni la
sarcinile electrice; Colectarea sarcinilor.
a) Absorbtia luminiiFotonii compun lumina. Acetia pot penetra
anumite materiale, sau chiar s le traverseze. n general, o raz de
lumina care atinge suprafaa unui mediu, poate suporta trei fenomene
optice: Reflexia: lumina este "ntoars" de ctre suprafa; Transmisia:
lumina traverseaz obiectul; Absorbia: lumina penetreaz obiectul i
nu l mai prsete, energia fiind restituit ntr-o alt form.
ntr-un material fotoelectric, o parte a energiei fluxului
luminos va fi restituit sub form de energie electric. Trebuie deci
ca materialul sa aib capacitatea de a absorbi lumina vizibil,
aceasta fiind ceea ce se dorete a se converti: lumina solar sau a
altor surse artificiale.
b) Transferul de energie de la fotoni la sarcinile
electrice.Sarcinile elementare ce vor determina apariia unui curent
electric n urma iluminrii, sunt electroni (sarcini negative
elementare, continui de materialele semiconductoare).Fotonii vor
ceda energia lor, electronilor periferici, ceea ce le v-a permite s
se elibereze de atracia exercitat de nucleu. Aceti electroni
eliberai vor putea forma un curent electric, dac sunt extrai din
material.
c) Colectarea sarcinilor.Pentru ca sarcinile eliberate prin
iluminare s genereze energie, trebuie ca acetea s circule. Trebuie
deci extrase din materialul semiconductor i creat un circuit
electric. Aceasta extracie a sarcinilor se realizeaz prin
intermediul unei jonciuni create special n semiconductor. Scopul
este de a crea un cmp electric n interiorul materialului, care v-a
antrena sarcinile negative ntr-un sens, iar pe cele pozitive n
cellalt sens. Aceasta se realizeaz prin doparea semiconductorului.
Jonciunea unei fotocelule cu siliciu este constituit dintr-o parte
dopat cu fosfor (P), numit de tip "n", alipit unei pri dopate cu
bor (B), numit de tip "p".Doparea unui material semiconductor
reprezint introducerea n structura materialului a unor sarcini
excedentare, pentru a se ameliora conductivitatea materialului.n
stare pur, numit "intrinsec", siliciul nu este fotoconductor. Fiind
dopat cu fosfor (5 electroni pe stratul exterior), v-a apare un
excedent de sarcini negative. Materialul v-a fi potenial "donor" de
electroni, disponibili pentru conducia electric. Acest tip de
material este siliciul de tip "n". Siliciul se poate dopa cu bor (3
electroni pe stratul exterior), aprnd un excedent de "goluri",
respectiv de sarcini pozitive. Materialul v-a fi potenial
"acceptor" de electroni. Acest tip de material este siliciul de tip
"p".La frontiera celor dou pri se creeaz cmpul electric care separ
sarcinile pozitive i cele negative. De fapt, o celul este
constituit din dou straturi subiri de material semiconductor. Cele
dou straturi sunt dopate diferit: Pentru stratul N, aport de
electroni periferici; Pentru stratul P, deficit de electroni.ntre
cele dou straturi v-a aprea o diferen de potenial electric. Energia
fotonilor luminii, captai de electronii periferici (stratul N) le
v-a permite acestora s depeasc bariera de potenial i s creeze
astfel un curent electric continuu. Pentru colectarea acestui
curent, se depun, prin serigrafie, electrozi pe cele dou straturi
semiconductoare. Electrodul superior este o gril ce permite
trecerea razelor luminoase. Pe acest electrod se depune apoi un
strat antireflectorizant, pentru cresterea cantitii de lumin
absorbit.
Fig.17 Principiul de funcionare al celulelor fotovoltaice.
3.2.2 Factorii de care depinde eficiena celulei solare.O celul
fotovoltaic transform doar o parte din energia radiant n energie
electric, restul se pierde ca urmare a unei serii de procese ce se
petrec n timpul conversiei:- procese care intervin cnd energia este
sub form de radiaie (pierderi de radiatie);- procese care intervin
dup ce energia radiant a fost transferat semiconductorului;Pentru
fiecare proces se poate defini cte o eficien parial, eficiena
celulei rezult ca un produs al tuturor eficienelor pariale:-
ptrunderea luminii prin suprafa;- absorbia incomplete;- generarea
purttorilor;- pierderi de curent datorate recombinrii;- pierderi de
tensiune;
Jumtate din energia absorbit de la soare se pierde sub form de
caldur. Aceast pierdere face ca maximul de eficien s fie n jur de
25%.n apropierea unei jonciuni p-n are loc o difuzie a purttorilor
de sarcin majoritari n regiunea unde ei sunt minoritari. n acest
mod se stabilete o regiune cu sarcin spaiala pozitiv n regiunea n i
o alt regiune cu sarcin negativ n regiunea p. ntre cele dou sarcini
apare un cmp electric orientat de la semiconductorul n ctre
semiconductorul p. Se stabilete astfel o barier de potenial care
mpiedic difuzia purttorilor de sarcin prin jonciune. n consecin,
dup o micare iniial de purttori majoritari ntr-un sens (curent de
difuzie) i minoritari n sens opus (curent de drift) se realizeaz un
echilibru dinamic n care jonciunea prezint dou zone neutre separate
printr-un cmp electric (cu un potential de barier).
Cnd un foton lovete jonciunea, se ntmpl urmtoarele fenomene:-
Fotonul traverseaz materialul dac energia lui este mai mic dect
energia necesar unui electron pentru a trece de pe banda de valen
pe banda de conducie;- Fotonul este absorbit (n caz contrar celui
de mai sus). Fotonul creeaz o pereche deelectroni guri. Dac energia
fotonului este mai mare dect cea necesar pentrueliberarea unui
electron, cristalul se nclzeste.O dat perechile electroni-guri
formate n jonciunea p-n, att electronii, ct i gaurile sunt libere s
se mite n cristal. Cmpul electric format v-a atrage electronii n
zona catodic i gurile n zona anodic a jonciunii, formnd astfel un
curent continuu, care poate fi folosit de ctre un consumator.
Celulele fotovoltaice sunt conectate n circuite electrice serie
sau/i paralel pentru a produce tensiuni, cureni i puteri mai mari.
Modulele fotovoltaice sunt formate din celule mbracate n materiale
protectoare. Aceste sisteme sunt componentele de baz ale
instalaiilor. Principiul de cuplare al instalaiilor este prezentat
n figura de mai jos:
Fig.18 Prinipiul de cuplare a instalaiilor.
Fig.19 Schema unei celule elementare.
a) b)
Fig.20 Caracteristicile celulei fotovoltaice: a - la variatia
radiatiei solare; b - la variatia temperaturii
3.3. Tehnologii ale celulelor solareCel mai utilizat material
pentru realizarea fotocelulelor este siliciu, un semiconductor de
tip IV. Acesta este tetra-valent, ceea ce nseamna c un atom de
siliciu se poate asocia cu patru alti atomi de aceeai natur.Se mai
utilizeaz arseniur de galiu i straturi subiri de CdTe (telur de
cadmiu), CIS (cupruindiu-diseleniu) i CIGS.Exist mai multe tipuri
de celule fotovoltaice: Celule monocristaline; Celule
policristaline; Celule amorfe; Celule CdTe, CIS, CIGS.
2.3.1 Celule monocristalinen urma rcirii sale, siliciul
cristalizeaz, dnd natere unui singur cristal. Acesta se decupeaz n
fii subtiri pe care sunt aplicate apoi celelalte straturi
componente ale unei celule PV. Culoarea lor este n general albastru
uniform.
Fig.21 Celule monocristaline.
Ele se prezint sub forma unor plachete rotunde, ptrate sau
pseudo-ptrate. Randamentul lor este de 12 - 16%. Totui, ele au dou
dezavantaje: Preul ridicat; Durata mare de amortizare prin energia
furnizat.
3.3.2 Celule policristaline.n timpul cristalizrii se formeaz mai
multe cristale. Decuparea n fii conduce la realizarea de celule
compuse din mai multe cristale. Acestea sunt de asemenea albastre,
dar se pot distinge diversele motive formate n urma cristalizrii.
Avantajele acestei tehnologii sunt: randament bun al celulelor (
13%), pre de producie mai sczut. Dezavantaje: randament sczut n
cazul unei slabe iluminri. Sunt cele mai utilizate celule la nivel
industrial, pentru producerea de panouri PV, avnd cel mai bun
raport calitate pre.
Fig.22 Celule policristaline.
3.3.3 Celule amorfeAceste celule sunt realizate dintr-un suport
de sticl sau material sintetic, pe care se depune un strat subire
de siliciu (organizarea atomilor nu este regulat, ca n cazul unui
cristal). Culoarea are un ten gri. Randamentul lor este de 5 - 10%,
mai mic dect al celulelor cristaline, dar pretul este
bun.Dezavantajele sunt un randament sczut n cazul intensitilor mari
ale radiaiei solare i degradarea materialului ntr-un timp relativ
scurt de funcionare.Avantajul const n cost sczut de producie i se
comport mai bine n cazul unei slabe iluminri, fiind mai performante
la temperaturi mai ridicate.
3.3.4 Celule tandemCelulele tandem se realizeaz prin asocierea
tipurilor de celule prezentate mai sus, sub form de straturi.
Aceast combinaie conduce la absorbirea unui spectru mai larg al
radiaiei electromagnetice pentru producerea de energie electric. n
acest fel se amelioreaz randamentul de conversie, fa de o celul
simpl. Costul de producie n acest caz este evident mai ridicat.
3.3.5 Celule cu film subtire (CdTe, CIS, CIGS)Tehnologiile CdTe,
CIS si CIGS sunt n curs de dezvoltare sau de industrializare.
Aceast tehnologie presupune reducerea cantitii de material folosit
la producerea de celule PV, dar poate conduce i la o scdere a
randamentului de conversie. Acest tip de celule a devenit des
utilizat din prisma costurilor scazute de fabricaie, greutii reduse
a panoului i flexibilitii lor. Celulele cu CdTe se bazeaz pe telura
de cadmiu, material interesant datorit proprietii de absorbie
foarte mare. Totui, dezvoltarea lor risc s fie frnat datorit
toxicitii cadmiului. Celulele cu CIS (CuInSe2) se bazeaz pe cupru,
indiu i seleniu. Acest material se caracterizeaz printr-o bun
stabilitate sub aciunea iluminrii. Ele au proprieti de absorbtie
excelente. Celulele cu CIGS sunt realizate din aceleasi materiale
ca i cele cu CIS, avnd ca particularitate alierea indiului cu
galiu. Aceasta permite obinerea unor caracteristici mai bune.3.3.6
Randamentele diferitelor tehnologii.
Fig.23 Randamentului tipic i teoretic ce poate fi obinut cu
aceste diferite tehnologii.
3.4. Caracteristicile fotocelulelor.n figurile de mai jos sunt
prezentate caracteristicile unei diode i ale unei fotocelule n dou
situaii: cnd este expus iluminrii i cnd iluminarea este nul.
Fig. 24 Caracteristici a unei diode i fotocelule n dou stadia
diferite.
Cnd celula este iluminat, ea produce un curent cu att mai mare
cu ct iluminarea este mai intens. Curentul este deci, proporional
cu iluminarea. Caracteristicile sunt similare, dar decalate n jos
cu curentul Iph (fotocurent), corespunztor intensitii
iluminrii.Trebuie observat c, pentru a se obine caracteristica
curent-tensiune ca n figurile de mai sus, se consider ca sens de
referin al curentului, sensul opus lui Id, respectiv sensul
fotocurentului Iph.Se poate obine, de asemenea, caracteristica de
putere P = f(U), care, pentru anumite condiii de iluminare i
temperatur, pune n eviden un punct de funcionare la puterea maxim,
aa cum se poate observa n figura de mai jos.
Fig.25 Caracteristici P ca funcie de U pentru anumete condiii de
iluminare i temperature.
Caracteristica curent-tensiune poate fi determinat experimental,
conectnd celula la o rezisten variabil, prin modificarea valorii
acesteia putndu-se obine diferite puncte de funcionare.
3.4.1 Parametrii celulei fotovoltaice.Randamentul energetic al
unei celule este raportul dintre puterea electric maxim i puterea
incident, n care: E - iluminarea [W/m2]; S - suprafaa activ a
panourilor [m2]. Pm - puterea maxim masurat n condiiile STC
(Standard Test Conditions), respectiv n spectrul AM1.5, la o
temperatur de 25C i iluminare de 1000 W/m2. AMx desemneaz condiiile
atmosferice n care se desfoar determinrile, n funcie de grosimea
straturilor traversate de razele soarelui, constituia lor
etc.Exemple: AM0: fr atmosfer, la mare altitudine, 1353 W/m2; AM1:
Soarele la zenit (A=90); AM1.5: Soarele la 48, 833 W/m2; AM2:
Soarele la 30.
Valorile Air Mass (AM)AM-0 - distribuia spectral i fluxul total
al radiaiei extraterestre, similar cu radiaia corpului negru la
5800K.AM-1 - distribuia spectral i fluxul total al radiaiei la
ecuator la nivelul mrii la amiaz cnd soarele este la zenit i lumina
strabate cea mai scurt distan.AM1.5 - Spectrul standard al luminii
solare la suprafaa pmntului este : AM1.5G (unde G reprezint
indicele pentru radiaia global) sau AM1.5D (care include doar
radiaia direct). Numarul "1.5" indic lungimea pe care o strbate
radiaia este de 1.5 ori mai mare dect cea mai scurt cale, cnd
soarele este la zenith. Iradiana, notat cu G sau E, reprezint
puterea luminoas incident normal pe unitatea de suprafa, care se
masoar n W/m2 sau kW/m2.Iradiaia, sau insolaia, reprezint energia
luminoas incident pe unitatea de suprafa ntr-un interval de timp
precizat i se msoar n Ws/m2sau kWh/m2.Indicele de mas a aerului,
AM, este o msura gradului de absorbie a energiei luminoase pe masur
ce strbate atmosfera terestr.
Radiaia solar.Datorit trecerii sale prin atmosfer, radiaia solar
este supus fenomenelor de absorbie, difuziune i transmisie, fiind
redus cu aproximativ 30%. La nivelul Pamntului, radiaia solar se
poate clasifica n:- radiaia direct component paralel, provenit de
la discul solar i masurat dup direcia normalei la suprafa.- radiaia
difuz radiaia primit de o suprafa plan provenit din toat emisfera
vzut de pe acea suprafa, cu excepia discului solar.- radiaie
reflectat este rezultatul reflexiei razelor de ctre suprafee
reflectante, aceast component depinde de albedoul suprafeei
respective.- radiaia global radiaie direct i radiaie difuz.Pentru
funcionarea panourilor PV, radiaia direct este cea mai important. n
cazul unui cer senin, aceasta are cea mai mare intensitate atunci
cnd soarele se gsete la punctul su de maxim spre Sud n emisfera
nordic i spre Nord n emisfera sudic. Acest lucru se datoreaz celei
mai scurte distane pe care undele electromagnetice trebuie s le
parcurg de-a lungul atmosferei terestre.
Spectrul solar.
Fig.26 distribuiile spectrale ale corpului negru la diferite
temperaturi i aproximaia spectrului soarelui, pentru
comparative.
NASA a evaluat fluxul energetic incident la nivelul Pamntului
(fr atmosfer) la 1367 W/m2. Practic, radiaia ajuns pe Pmnt, la
nivelul solului, nu este dect cel mult 1000 W/m2, iar aceast
valoare se poate obine, la latitudinea noastr, doar pe durata a
ctorva zile pe an.Randamentul unei celule este, n general, destul
de sczut, de ordinul 10 - 20%. Au fost obinute randamente mai bune
cu materiale noi (n laborator, arseniura de galiu AsGa ofer un
randament mai mare de 25%), cu tehnologii experimentale (tehnologia
multistraturi), deseori dificile i costisitoare pentru a fi puse
deocamdat n practic. n aceste condiii, materialul fotoelectric cel
mai utilizat este siliciul, care reprezint o soluie economic.
Pentru astfel de celule, randamentul energetic nu depete 15%.Totui,
firma SunPower produce n mod curent panouri cu randament 22%, ceea
ce face ca un sistem tipic de 4kW (c.a. nominal), sa poat fi
realizat cu doar 15 panouri de 315 W, ce ocup o suprafa de 24,6 m2,
fa de panourile clasice de 160 W, care ar ocupa 38 m2 (30
panouri).
Pe baza caracteristicilor curent-tensiune i putere-tensiune, se
pot obine i ali parametrii: Curentul de scurtcircuit ISC, respectiv
curentul debitat de celul, atunci cnd tensiunea la bornele sale
este nul. Practic, acest curent este foarte apropiat de
fotocurentul Iph. Tensiunea n gol VC0, respectiv, tensiune la
bornele celulei, atunci cnd curentul debitat este nul. ntre cele
dou extreme, exist un optim care ofer puterea maxim Pmax sau MPP
(Maximum Power Point). Factorul de form, care arat ct de apropiat
este caracteristica reala de cea ideala, respectiv raportul:FF=
Pm/Vcoxlcc
Pentru celulele cristaline factorul de form variaz ntre 0,75 i
0,85, iar pentru cele amorfe ntre 0,5 si 0,7.
3.5. Panouri fotovoltaice.Celulele fotovoltaice de construcie
modern produc energie electric de putere ce nu depete 1,52 W la
tensiuni de 0,50,6 V. Pentru a obine tensiuni i puteri necesare
consumatorului celulele fotovoltaice se conecteaz n serie i/sau n
paralel. Cea mai mic instalaie electric format din cellule
fotovoltaice interconectate n serie i/sau n paralel, ncapsulate
pentru a obine o rezisten mecanic mai mare i a proteja celulele
mpotriva mediului se numete panou fotovoltaic. La proiectarea
modulelor fotovoltaice se ia n consideraie folosirea frecvent a
acestora pentru ncrcarea acumulatoarelor electrice, tensiunea crora
este de 1212,5 V. Astfel, n condiii de radiaie standard, tensiunea
maxima trebuie s fie 1618 V, iar tensiunea de mers n gol 2022,5 V.
O singur celul genereaz n gol circa 0,6 V i trebuie s conectm n
serie 3336 celule pentru a obine tensiunea necesar.Pentru a obine
tensiunea i puterea necesar consumatorului de energie electric
modulele fotovoltaice pot fi conectate n serie, paralel sau
serie-paralel.
2.5.1 Construcia unui panou fotovoltaic.Un geam (de cele mai
multe ori geam securizat monostrat) de protecie pe fa expus la
soare;Un strat transparent din material plastic (etilen vinil
acetat, EVA sau cauciuc siliconic) n care se fixeaz celulele
solare;Celule solare monocristaline sau policristaline conectate
ntre ele prin benzi de cositor;Caserarea feei posterioare a
panoului cu o folie stratificat din material plastic rezistent la
intemperii fluorura de poliviniliden (Tedlar) si Polyester;Priza de
conectare prevazut cu diod de protecie respectiv diod de
scurtcircuitare i record;O ram din profil de aluminiu pentru
protejarea geamului la transport, manipulare i montare, pentru
fixare i rigidizarea legaturii.
3.6. Avantajele sistemului.
a. Produce energie electric fr efecte poluante a mediului
nconjurtor. (reciclare completa)b. Nu au componente n micare:-
fiabilitate ridicat, durat de via lung;- exploatare uoar, ieftin;-
tehnologie fr poluare fonic.c. Producere i consum n acelai loc,
pentru puteri instalate mai mici, consumabile local:- pierderi de
transport reduse;- spaii pentru producere i transport reduse;- nu
produce modificri n mediu.d. Modularitate.Un sistem fotovoltaic
poate fi proiectat pentru o uoar expandare. Daca cererea de putere
ar crete, singurul obstacol care poate interveni n expandarea
sistemului fotovoltaic este lipsa spaiului necesar amplasrii
modulelor suplimentare. Ne referim desigur la lipsa unui spaiu
iluminat de soare.e. Autonomie.Nu necesit un consum suplimentar i
cheltuieli de intreinere. Alimentarea cu combustibil convenional i
depozitarea lui poate costa mai mult dect combustibilul insui.
Energia solar este oferit gratis. Deoarece tendina actual este
orientat spre optimizarea din punct de vedere energetic, pentru
asigurarea funcionalitii n condiii de maxim eficien, s-au dezvoltat
aplicaii n care sistemele fotovoltaice sunt dotate cu sisteme
inteligente pentru controlul funcionrii, dotri care asigur
personalizarea acestor aplicatii.
4.CAPITOLUL III.Pentru a atinge performane n aceast direcie de
dezvoltare a autovehiculelor a fost nevoie ct de un nceput att i de
pai concrei ai inginerilor. Printre prinmele ncercri de a construi
astfel de autovehicule au fost Phoenix-ul repreyentat mai
jos:Phoenix.Aceast main electro-solar a fost proiectat i construit
n 1987 de Andrea Pesaresi. Ea este dotat cu un motor electric ce
asigur o putere de aproximativ 3.4 kw, alimentat de o baterie
format din 40 de celule Nichel-Cadmiu ce asigur 1.9 kwh.
Alimentarea bateriei era asigurat de 18 panouri solare
monocristaline de nalt efecien montate pe aripile vehiculului.
Puterea lor nominal era de 0.6 kw n funcie de energia soarelui
disponibil. Unitatea electronic de control gestiona att rencrcarea
bateriei ct i alimentarea motorului. Caroseria elaborat din fibr de
carbon carbon i fibr de sticl pentru obinerea unor proprieti nalde
de rigiditate la o mas relativ joas. Aceast main a debutat n cadrul
Grand Prix-ului 4E ce a avut loc n Milano anul 1988 i a luat parte
la concursuri dedicate mainilor electrice solare pn n
1991.Parametrii tehnici: Greutatea 179 kg; Cadrul oel cromat;
Caroseria fibr de carbon i de sticl; Viteza maxim 80 km/h; Puterea
motorului 3.4 kw;
Fig.27 Phoenix.Main de familie.
Un grup de douazeci de studeni de la Universitatea tehnic din
Eindhoven (Olanda), au participat la elaborarea i punerea n practic
a uneimainialimentat de energie solar. Denumit "Stella", maina care
poate fi utilizat de o familie format din 4 persoane, este
alimentat de energia produs de panourile solare care sunt dispuse n
intregime pe acoperiul su. Vehiculul, care cntrete mai puin de 400
kg, poate atinge ovitez de 110 km/h i are o autonomie de 800 km,
potrivitMetro. Prototipul tocmai s-a ntors de la salonul auto din
California, unde a participat i la o cursa pe distan Los Angeles -
San Francisco, pe care a cstigat-o cu un nou record mondial,
confirmat de Guinness. "Aceast main este n msur s transporte o
intreag familie din Olanda n Frana ntr-o singura zi. Ea poate fi
folosit de asemenea i la naveta zilnic spre serviciu, oferind
confort att oferului, ct i pasagerilor", au declarat designerii.
Urmtoarea int a automobilului solar este de a participa la World
Solar Challenge, o curs de peste 3.000 de km n Australia, programat
pentru toamna anului 2015.
Fig.28 Maina solar Stella
O cea mai nou informative n domeniul tehnologiilor fotovoltaice
implimentate n cadrul automobilelor ne prezint nu alt cineva dect
inginerii de la compania Mercedes. CompaniaMercedes-Benz a
prezentat la Beijing o nou invenie care ar putea schimba mainile
din viitor: o vopsea ce poate practic alimenta o maina electric.
Modelul G-Code a fost conceput cu ultima tehnologie de care
productorul german dispune, scrieDigital Trends. Maina este dotat
cu unmotorpe hidrogen cu combustie intern, care alimenteaz roile
din fat. Al doilea motor, unul electric, propulseaz roile din spate
ale mainii. G-Code nu are o baterie care se poate ncrca de la priz,
ci se bazeaz pe energia acumulat de vopseaua automobilului.
Vopseaua multi-voltaic actioneaz astfel ca un panou solar ce
transform acest tip de energie n electricitate. Motorul electric
Chevrolet care poate schimba mainile viitorului. n plus, ea poate s
absoarb i energia electrostatic provenit de la frecarea cu aerul.
Automobilul are i un sistem de suspensii prin care poate aduna
energia provenit de la micrile din timpul deplsrii, iar frnele lui
sunt i ele concepute special pentru a economisi energie. Interiorul
are, de asemenea, un aspect interesant. n spatele mainii pot fi
amplasate chiar i dou scutere electrice a cror baterie se poate
ncrca de la energia acumulat prin toate aceste mijloace.
Fig.29 Vederile schiate din spate i fa a mercedesului
G-Code.
Fig.30 Exteriorul i interiorul Mercedesului G-Code.
Despre vopsea cu proprieti fotovoltaice:
tiina care se ocup de conversia luminii solare n energie
electric dateaz de mai bine de un secol. Cu toate acestea, se caut
nencetat noi metode pentru a face din acest proces unul mai
eficient i mai convenabil.
Fig.31 Brian Korgel, specialist n chimia materialelor
nanostructurale.
"Procesul nu implic numai cunotine fundamentale de fizic i
chimie, n unele cazuri chiar i de biologie, ci prezint i provocri
serioase n materie de inginerie", spune Brian Korgel, specialist n
chimia materialelor nanostructurale i profesor la Universitatea din
Texas cu sediul n Austin.Korgel i colegii lui reprezint o nou
generaie de ingineri chimiti, aflai n cutarea rspunsurilor la unele
dintre cele mai importante probleme globale."Domeniul ingineriei
chimice avea cndva reputaia de a fi foarte conservator. Odata ce-i
luai diploma, urma s lucrezi ntr-o uzin chimic i s pori o casc de
protecie sau n cadrul unei mari rafinrii", spune Korgel.Aceasta nu
mai este singura opiune, astzi. "Acum, cu ajutorul unor produse
chimice noi, precum materialele nanostructurale, cei din bran
ncearc s realizeze noi tehnologii pentru diversificarea surselor de
energie. Ne folosim de chimie pentru a obine materiale ce nu pot fi
create altfel", spune n continuare Korgel, care, alturi de echipa
sa, lucreaz la un proiect susinut de Fundaia Naional pentru tiin
din SUA, dedicat unui nou tip de celule solare: flexibile, uoare,
eficiente i accesibile."Provocarea const n a obine o rat mai bun de
conversie a radiaiei solare n energie electric. De exemplu, gradul
de eficien al unei celule fotovoltaice obinuite este de maxim 30 la
sut. Prin urmare, cu o celula fotovoltaic impecabil realizat nu poi
obine un grad de eficien mai mare de 30 la sut", ne explic Korgel n
laboratorul su din Austin.n prezent, procesul de fabricaie al
celulelor solare cu un grad de eficien apropiat de cel menionat
presupune temperaturi ridicate, laminare n vacuum i se face cu
costuri foarte mari. Metoda bazat pe nanotehnologie, dezvoltat de
Korgel i echipa sa, este total diferit.
Fig.32 Cerneal solar.
"Ceea ce facem noi acum n cadrul acestui grup de cercetare este
s realizm nanocristale dintr-un amestec anorganic alctuit din patru
elemente chimice: cupru, indiu, galiu i seleniur (CIGS).
Particulele sunt apoi dizolvate ntr-un solvent i obinem un fel de
cerneal sau vopsea", spune Korgel. Aceast "vopsea" solar v-a avea
aceleai proprieti ca i panourile fotovoltaice de pe acoperiurile
cldirilor sau din "fermele solare" care se gsesc pe tot globul. Ea
poate fi pulverizat att pe suprafee de plastic, sticl, ct i pe
suprafee textile pentru captarea luminii.Korgel compar cu un
sandwich micul ansamblu de componente ce alctuiesc o celul solar
bazat pe tehnica sa: "Avem un strat superior de metal i unul
inferior pentru a capta impulsul electric. La mijloc se afl
suprafaa care absoarbe lumina", explic Korgel.Aadar, am creat
metode complet noi de aplicare a unor straturi chimice anorganice
care capteaz lumina i devin celule solare i ncercm s obinem acest
lucru la costuri de producie mult mai mici.nainte ca energia solar
s reprezinte un lucru banal, vor trebui depite multe obstacole, cum
ar fi gradul de eficien al celulelor solare bazate pe materiale
nanostructurale. "n prezent, am realizat dispozitive al cror
randament de conversie este de 3 procente, iar pentru a intra pe
linia de producie sunt necesare 10 procente", spune Korgel. "Cred
ns c putem obine acele 10 procente. Sunt doar provocri de ordin
ingineresc. Nu sunt uor de depit, ns nici imposibil de trecut".Este
esenial mbuntirea randamentului de conversie a luminii n energie
electric i n funcie de zona de pe glob unde se dorete trecerea
treptat la energia solar.
Fig.33 Cerneala solar pulverizat pe panouri solare.
"Mi-am fcut studiile postdoctorale la Dublin, n Irlanda. Acolo
am avut parte de unele zile nnorate n care soarele putea fi vazut
pe cer doar cinci ore. Pentru a folosi energia solar n astfel de
condiii ai nevoie de dispozitive de captare eficiente".Un alt
obstacol este reprezentat de materia prim necesar pentru fabricarea
acestei tehnologii la scar larg. Nu toate materialele CIGS (cupru,
indiu, galiu, seleniur) sunt ieftine sau uor de obinut. "Pe termen
lung ns, tinzi s te orientezi ctre o tehnologie a crei materie prim
se gsete din abunden", afirm Korgel.Siliconul ar putea reprezenta o
soluie, deoarece se obine din nisip, regsit din belug pe toat
planeta. Procesul de extracie a siliconului din nisip presupune,
ns, un consum enorm de energie, iar substanele chimice folosite
duneaz serios mediului nconjurtor.Korgel i echipa sa analizeaz, de
asemenea, i aplicaiile medicale ale materialelor nanostructurale.
"Au proprieti unice. Pot fi fluorescente i emite lumin sau pot
interaciona magnetic. De asemenea, expuse la lumin, ele pot genera
cldur. Aadar, ne putem folosi de toate aceste proprieti unice. Sunt
att de mici nct pot fi introduse n fluxul sanguin i pot ajunge la
organe", spune Korgel.De exemplu, o nano-sond ar putea identifica o
celul canceroas. Apoi ar putea elibera n snge medicamentul necesar
pentru a o distruge. "Ar fi o mare realizare s inventm o unitate
microscopic care s recunoasc diverse de tipuri de cancer sau alte
boli i s administreze tratamentul indicat.", a admis Korgel.
Bibliografie:
1. Google.com;2. Yandex.ru;