L'energia solar fotovoltaica

Renovable. Energies alternativas. Implantació. Funcionament. Sol. Fotons. Materials. Conductors. Cèl·lules fotovoltaiques. Tipus. Elements. Funcionament. Rendiment. Impacte ambiental. Aplicacions

  • Enviado por: Elba Cantallops I Marçal Mora
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 18 páginas
publicidad
publicidad

INDEX

ððððððρðδððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγðð

ðððððσððρððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγðð

ððððððððððργððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγðð

ððððððð ððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγðð

ððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγðð

ððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγðð

ððððððð ðððð δððððργððð ðð σðððððððððððððððððððððððγðð ððððððððððργðð δðð ððððððððððððððððððððððððððððððððððγðð

ððððððððððργðð δððσ ðððððσðððððððððððððððððððððððððγðð

ðððððððσ ððððρðððσððððððððððððððððððððððððððððððððððððγðð

ðððððððð ðσ ððð ððσ ððððððððσððððððððððððððððððððγððð

ððððððððððððσ δððð σðσðððð ðððððððððððððððððððγððð

ðððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγððð

ððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγððð

ððððððððδððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγððð

ððððððððððððððð ðððððððððððððððððððððððððððððððððððγððð

ðððððððððððð ððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγððð

ðððððððρððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγððð

ðððððððððððððσðððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγððð

ðððððððððσðððσ ð ððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððððγððð

ðððððγðððσ ððð ððσðððδðσ ð δðððððρðσðððððððððððððððððððððððγððð


1.-INTRODUCCIÓ

Aquest treball l'he realitzat sobre l'energia solar fotovoltaica. El perquè és molt senzill: és una energia realment neta, totalment renovable, que sempre hi és (en major o menor intensitat), i, sobretot, perquè és una energia totalment viable en el nostre clima, el mediterrani, amb moltes hores de forta insolació, a més de temperatures de suaus a calentes, cosa que afavoreix la producció d'electricitat per aquest sistema.

En el treball, parlaré de la història de l'energia en general, i de la fotovoltaica en particular. Després em centraré en explicar el seu funcionament, la qual cosa serà abans d'anomenar la viabilitat. Finalment, faré unes pinzellades de futur, per tal d'acabar bé el treball.

També he decidit fer-lo sobre l'energia solar per tal de conèixer més bé els fenòmens que passen a les plaques fotovoltaiques, i he deixat de banda l'altre gran energia renovable, el vent, perquè és una energia relativament poc aprofitable a aquesta zona.

He anat recopilant informació, sobretot a Internet, però també he buscat a llibres i articles a revistes i diaris. Personalment, recomano per a energies en general a www.energias-renovables.com per la seva qualitat en la informació, i els molts enllaços que contenen les seves pàgines. Cal afegir que hi ha trossos que han estat “copiats” quasi literalment (resumits) de llibres, un cop llegits i entesos, com és el cas dels semiconductors, tema del qual no en tenia pràcticament ni idea abans de realitzar aquest interessant treball.

En definitiva, crec que s'ha d'apostar per l'energia solar, començant per als edificis públics, i acabant per cases, fàbriques i tot el que sigui possible, per poder desfer-se de la necessitat de l'electricitat que prové de centrals realment contaminants i perilloses, com poden ser les tèrmiques i les nuclears. Crec que hem d'avançar més cap a un món sostenible, i, no cal produir més, sinó consumir més i racionalitzar l'energia de la que disposem.

Com a punt final, afegir que realment crec que, poc es pot fer si els grans governs no mouen el dit i promouen grans acords internacionals, ja que, com es pot observar a les notícies, cada cimera sobre canvi climàtic acaba igual: sense acords. Principalment vull dirigir la meva gran queixa sobre el senyor Bush, una persona sense consciència, ja que ja es poden adoptar tots els acords que vulguis, que si els EUA, principal productor de brossa i contaminació, no assumeix també aquests acords no es pot fer res. També trobo estrany que el no tan honorable president dels EUA, amb tots els experts que té a darrere fent-li la feina bruta, no li hagi estat notificat les proves de canvi climàtic, possiblement provocat per la crema de combustibles fòssils.

2.- HISTÒRIA

2.1.-L'energia

L'energia es defineix com la capacitat que tenen els cossos per a realitzar un treball. Per això, l'energia és el que fa moure les coses. Sense energia, ni nosaltres ni el planeta existiríem.

Les fonts d'energia són els elements existents a la natura que poden ser transformats en energia, com l'aigua, el vent, el petroli, el carbó, i sobretot, la que permet que totes les altres existeixin: l'energia del Sol.

Des de la prehistòria, els humans hem requerit l'energia per a fer els treballs. Al principi, s'utilitzava l'energia muscular humana i la dels animals. Posteriorment, va aparèixer l'energia provinent dels combustibles vegetals. L'enginy humà va acabar permetent que, amb les màquines adequades, es poguessin aprofitar altres energies, principalment l'aigua i el vent.

Així es va estar durant molt de temps, perfeccionant les màquines ja existents. Però en els dos últims segles hi ha hagut un canvi radical en l'obtenció d'energia. Al S.XIX es van començar a utilitzar els combustibles fòssils. El carbó va ser molt utilitzat a partir de la revolució industrial, i aplicat a la màquina de vapor va donar moltes alegries als empresaris que la podien utilitzar. Tot i això, la indústria automobilística i l'esclat de la primera guerra mundial, van requerir una nova font d'energia, la qual va ser el petroli. Durant la segona guerra mundial, l'ús del gas natural va augmentar espectacularment, un cop resolts els problemes d'emmagatzematge i transport, però mai va arribar a igualar el consum de petroli. L'altre gran canvi en la producció d'energia va venir l'any 1954, amb la inauguració de la primera central nuclear a la URSS. Els problemes de radiació, els accidents i els residus han fet que aquestes grans productores d'electricitat, lògicament, no hagin estat acceptades per la societat.

A l'any 1970, el 50% de l'energia consumida venia de la combustió del petroli, i aquesta xifra augmentaria. Però, com sempre passa, la tendència no sempre va a l'alça. L'any 1973 va ser nefast. La guerra araboisraeliana va provocar l'augment del preu del petroli, el qual es va multiplicar per tres, la qual cosa va ser anomenada “Crisi del petroli”. La humanitat es va replantejar la necessitat dels combustibles fòssils. A partir de llavors és quan es van començar a investigar noves energies. Es van buscar energies inexhauribles, i va néixer el concepte d'energia renovable.

Les energies renovables són aquelles que no s'exhaureixen. A més, es caracteritzen per ser netes. A la dècada dels 70 es van tornar a utilitzar formes de producció utilitzades antigament, com l'aigua (centrals hidroelèctriques) i el vent (centrals eòliques). També es van començar a investigar energies que actualment encara s'investiguen, com són les geotèrmiques, mareomotrius i biomassa. Però, apart d'aquestes, es va començar a investigar una energia que no provenia de la Terra, sinó de molt més lluny. El Sol, que havia fet possible l'existència de la Terra. Dins de l'energia solar se'n van investigar dos camps: la tèrmica (calor) i la fotovoltaica (electricitat).

Avui en dia, la crisi del petroli, present cada dia en les nostres vides per culpa de la repercussió que té el barril de petroli en el mercat internacional, els problemes causats pels residus nuclears, l'esgotament de recursos i la contaminació causada per la combustió per a generar energia, fa que hi hagi un canvi de mentalitat en la política energètica, que impulsa, encara que de forma insuficient, l'estalvi d'energia i l'ús de les energies renovables.

2.2.-Naixement

El nom de fotovoltaic ve de foto (llum) i de volta (en honor a Alexandre Volta, constructor de la primera pila elèctrica, l'any 1800), que es fa servir per a denominar la generació d'electricitat amb l'energia radiant del Sol.

Sembla ser que els fenòmens fotoelèctrics van ser descoberts l'any 1808 per Hallwachs, però va ser Heinrich Hertz qui va enunciar els principis bàsics de la fotoelectricitat. L'any 1839, el físic francès Edmon Becquerel va descobrir l'efecte fotovoltaic en observar que dues planxes de metall submergides en un líquid conductor i exposades a la llum solar generaven un petit voltatge. Quaranta anys més tard, un noble anglès va descobrir que el seleni era sensible a la llum. Uns anys després, Adams i Daays van comprovar que amb llum directa, el seleni s'excitava i produïa electricitat. A l'any 1886 es va fer la primera cèl·lula de conversió, de seleni, amb una eficàcia del 1-2%. Al 1887, Hertz va observar que la guspira saltava més fàcilment entre dues esferes de diferent potencial quan aquestes eren il·luminades per una llum procedent d'una altra descàrrega. Posteriorment, Hertz va observar que una làmina de zinc carregada negativament i unida a un electroscopi perdia la seva càrrega instantàniament si era il·luminada per un arc voltaic. Les deduccions experimentals de Hertz, juntament amb hipòtesis fetes per Plank sobre els fotons, van ser interpretades teòricament l'any 1902 per Albert Einstein.

A l'any 1918, el científic polonès Czochoralski va desenvolupar un sistema per fer créixer els cristalls de silici, que més tard seria útil per a la construcció de cèl·lules fotovoltaiques en cadena. L'any 1954, Chapin, Fueller i Perarson van desenvolupar la primera cèl·lula fotovoltaica de silici, amb un rendiment del 4,5%, més tard millorada fins al 6%. El gran fet de la història de l'energia solar és la conquesta espacial, ja que l'única manera d'obtenir energia a l'espai és amb el sol. A l'any 1963 s'instal·len les primeres plaques en una casa japonesa.

A l'any 1973, la crisi del petroli desemboca en la febre de les energies alternatives. L'any 1980, ARCO Solar, avui Siemens solar, va produir 1 MW en mòduls fotovoltaics. Aquell mateix any, BP, una coneguda petrolera, s'introdueix en el mercat solar, assolint una més que bona política sobre energies renovables (que sincerament crec que és un exemple a seguir) que l'ha portat a ser una de les principals productores mundials, amb la fàbrica més important a Alcobendas (Madrid), i una nova, més gran, projectada a Tres Cantos (Madrid).

Les primeres aplicacions en els transports no varen trigar molt. A l'any 1981, un avió experimental, el Challenger, fa el seu primer vol. Dos anys després, un cotxe mogut únicament per energia solar fotovoltaica aconsegueix recórrer 4000 km per Austràlia, en menys de 20 dies, a una mitja de 24 km/h i una màxima de 72 km/h.

L'any 1993 se celebra la primera conferència mundial de l'energia solar, promoguda per la Unesco. Aquell mateix any, s'inaugura a Toledo una planta de 1MW. A Europa es produeix aproximadament el 30% del total de cèl·lules, però amb una tendència a l'augment. Els edificis com la biblioteca Pompeu Fabra de Mataró són l'exemple a seguir.

2.3.-L'actualitat

Actualment, l'energia solar fotovoltaica és una energia en fase d'implantació. Les previsions afirmen que en pocs anys augmentarà espectacularment l'ús de l'energia solar. A nivell estatal, Catalunya és la cinquena comunitat amb més potència instal·lada. La primera és Andalusia, lògicament perquè té més insolació i més superfície útil. Tot i això, el 35% dels fabricants de productes fotovoltaics es troben a Catalunya. S'espera que tots aquests nombres creixin, sobretot pel gran ventall d'usos de l'energia, la seva netedat, el fet de ser renovable i inesgotable. Però tot això depèn, segurament, de l'augment en el rendiment de les plaques, actualment molt baix.

3.-FUNCIONAMENT

3.1.-La font d'energia: el Sol

El Sol és una estrella formada per hidrogen, heli i carboni, principalment. Es tracta d'un reactor termonuclear de fusió, que genera temperatures de milions de graus Kelvin. Es calcula que li queden uns 5.000 milions d'anys de vida.

El Sol no és un cos sòlid, sinó una enorme bola de gas termonuclear, concentrat per l'enorme força de gravetat del seu nucli. Aquest estat de la matèria del Sol s'anomena plasma.

A la superfície, es produeixen espectaculars explosions que eleven grans flamarades (una dada: la més gran registrada és de 800.000 km. Uau!). Aquestes erupcions solars (equivalents a 1000 bombes atòmiques) són les responsables del vent solar, format per partícules carregades elèctricament. La interacció d'aquest vent solar amb l'atmosfera genera les aurores polars i interferències.

L'activitat solar no és constant. El primer a adonar-se'n va ser Galileu. Al Sol apareixen taques fosques, que són zones més fredes. Aquestes taques segueixen un cicle. La disminució d'aquestes provoca descensos de fins a 2,5º a la superfície terrestre. Des de l'estiu del 1997 estem en un cicle de creixement, que assolirà el màxim en aquest 2002. Això afavorirà a les plaques fotovoltaiques, però provocarà sequeres.

3.2.-L'energia del Sol

El sol, mitjançant unes reaccions molt complexes que es produeixen al perdre massa, converteix aquesta en energia. Aquesta energia es transmet per radiació solar. El 47% és llum visible. Les radiacions ultravioletes, molt energètiques, són tant sols el 7% del total. En canvi, el restant, un 46% són infraroges, però tenen el problema de que són poc energètiques.

A la Terra només rebem dues milionèsimes parts de l'energia generada pel Sol. La insolació rebuda es mesura en kWh/m2 . Curiosament, on es rep més insolació es produeixen a la latitud 40º N, la nostra aproximadament. Això ho fa que el Sol passa per la nostra vertical a l'estiu, i podem tenir fins a 13,5 hores de llum.

L'energia que arriba a l'exterior de l'atmosfera es d'1,35 kW/m2 i s'anomena constant solar. L'energia que arriba a la superfície ha estat parada pels gasos atmosfèrics, el vapor d'aigua i la pols, cosa que fa que rebem, a nivell del mar, uns 1000W/m2 en dies clars i nets.

L'energia total incident en un dia pot superar els 8kWh/m2 a la nostra latitud, però la mitjana és de 4,5, sobre superfície horitzontal.

La rotació terrestre i l'òrbita al voltant del Sol condicionen característiques de l'energia solar. Finalment, tot i que a la pràctica és invariable, no podem oblidar que l'angle d'inclinació de l'esfera terrestre varia en períodes de 40000 i 100000 anys entre 22º i 24º, cosa que provoca canvis climàtics.

3.3.-L'energia dels fotons

L'energia transportada per un fotó es passa a electrons utilitzant l'efecte fotovoltaic. Les cèl·lules que es comercialitzen, tenen un rendiment del 14% quan l'energia és de 1000W/m2, el valor del corrent generat és de 30mA/cm2, i la tensió màxima és de 0,58 volts. A causa del baix voltatge, cal connectar un bon nombre de cèl·lules en paral·lel.

3.4.-Els materials

Els semiconductors

La clau del desenvolupament de la conversió fotovoltaica han estat els elements semiconductors. El silici, el germani, i altres elements tenen la característica de ser portadors de dos tipus de corrent elèctric, un amb electrons lliures, capaços de viatjar pel vidre i un altre anomenat buit, dotat de càrrega positiva. Així, en alguns semiconductors predomina la conducció per buits (tipus p) i altres predominen els lliures (tipus n). Però la característica més important dels semiconductors és que la resistència elèctrica es pot reduir afegint-hi impureses. El fet d'incorporar aquestes impureses s'anomena dopatge.

Els dopants són elements similars en estructura i valència química que s'inclouen dins la matriu per a fer que hi hagi un electró de més o de menys en el semiconductor.

El silici és el semiconductor més utilitzat en la tecnologia fotovoltaica. Si se li afegeixen impureses de fòsfor o arsènic el silici es torna de tipus n. Les impureses de bor a gal·li el fan de tipus p. Dit d'una altra manera, primer cal obtenir silici de gran puresa, i després dopar-lo amb impureses en concentracions infinitesimals (de 1016 a 1019 àtoms d'impuresa per cm3 . Aquesta és una de les raons que encareixen les cèl·lules i requereixen una avançada tecnologia.

El fet que explica el comportament dels semiconductors té a veure amb la distribució de l'estructura cristal·lina.

Quan un semiconductor s'il·lumina, es trenquen enllaços químics que produeixen una generació d'electricitat, variable segons la temperatura ambient, que reconduirà el moviment d'electrons en la direcció i sentit de l'anomenada unió p-n. Un material semiconductor genera energia, però no l'emmagatzema.

Les cèl·lules fotovoltaiques

Una cèl·lula solar és una placa de semiconductor d'uns 0,3 mm de gruix dopada amb impureses de tipus p (un electró menys) i alhora amb una de tipus n (amb un electró més) que sol ser més prima encara, d'uns 0,5 micròmetres. El pla de separació entre les dues regions de conductivitat s'anomena unió p-n i és fonamental en el funcionament de les cèl·lules.

Així, els electrons de la capa n, on hi són en alta concentració, tendeixen a anar cap a la p, que en té pocs.

Amb aquest sistema provoca un camp elèctric. Amb aquest sistema de corrent i transmissió d'electrons es genera el corrent elèctric, que en el cas del silici produeix aproximadament 0,5 V.

Per a extreure el corrent generat dins la cèl·lula fotovoltaica es col·loquen contactes metàl·lics a cada una de les cares. En resum, les cèl·lules fotovoltaiques es fabriquen amb silici pur, que després de fondre s'estira per formar un bloc monocristal·lí. Aquest bloc es serra en làmines fines que es doparan, metal·litzaran i es deixaran a punt per a fabricar plafons solars de 36 cèl·lules, que donaran uns 12V.

Amb llum suficient, aquesta cèl·lula fotovoltaica de 75 cm2 de silici monocristal·lí, generarà 0,4 V i 1 W. El plafó durarà uns 30 anys.

Un altre aspecte important és la temperatura de treball. Les cèl·lules fotovoltaiques s'escalfen amb la radiació solar. S'han de dissenyar per dissipar la calor, ja que als 25ºC assoleixen la seva temperatura òptima. Per sobre i per sota disminueix la tensió generada.

Una variant de les cèl·lules són les pel·lícules fotovoltaiques, que es configuren com a una tecnologia de futur, per al seu cost més baix i perquè es poden incorporar en façanes i altres materials transparents.

Tipus de cèl·lules fotovoltaiques

  • Silici monocristal·lí: són els més utilitzats. Eficiència de conversió del 12-15%. Amb materials de recerca, 24%. Facilitat per a fer-les i construir plaques amb aquestes cèl·lules. A més, el silici és l'element més abundant darrere l'oxigen.

  • Silici policristal·lí: més barates, però menys eficiència (14%). El rendiment no és superior al 18%.

  • Silici amorf: té l'avantatge que és unes 50 vegades més fi que el silici monocristal·lí. El seu defecte és la velocitat de recombinació, però es pot eliminar afegint un 50% d'hidrogen, la qual cosa disminueix la velocitat. Costos de producció baixos i un alt coeficient d'absorció fan que, un cop resolts els problemes de rendiment, es pot convertir en la solució que el mercat necessita.

  • Arsenur de Gal·li (GaAs): són les cèl·lules més indicades. Rendiment entre 25 i 30%. Pateixen menys degradació, i tenen millor coeficient de temperatura. Pesen el doble que les de silici, i els seus principals inconvenients són la raresa del material i els elevats costos. S'utilitzen en tecnologia espacial.

  • Sulfur de Cadmi (SCd) i Sulfur de Coure (SCu2): cèl·lules de dues capes, una de cada material. La fabricació és fàcil, però el rendiment és baix. Se segueixen investigant.

  • Cèl·lules bifacials: no són un altre tipus de cèl·lula, sinó un altre sistema, que consisteix en fer una unió n-p-n. Un rendiment més alt, però cost també més alt.

Tipus de pel·lícules fotovoltaiques

  • De silici amorf: mòduls semitransparents, en productes com calculadores o rellotges solars. Poc eficients 7-9%, però barats i lleugers. Es degraden amb l'exposició directa al sol.

  • Tel·luri de Cadmi (CdTe): fabricació més fàcil. Tenen una eficiència del 8,5%, però en laboratoris s'ha assolit el 16%. L'únic problema és el cadmi, un material molt tòxic.

  • Diseleni de Coure i Indi (CuInSe2 o CIS): s'ha assolit un rendiment del 17,7% i en mòduls comercials el 10%. No es desgasta tant com els altres.

3.5.-Com es fan les cèl·lules

  • Obtenció del silici: el silici s'obté de roques riques en quars. Després de reducció amb carbó, s'aconsegueix una puresa del 99%, que no és suficient. La indústria el purifica fins que les impureses són menors a les 0,2 parts per milió.

  • Cristal·lització: un cop fos el silici, s'inicia la cristal·lització amb el mètode Czochralsky, a partir d'una llavor. S'obtenen uns lingots.

  • Obtenció de cèl·lules i làmines: és la tallada dels lingots. Pot representar un 50% de pèrdues.

  • Fabricació del mòdul: es poleix la cèl·lula, es prepara, es fan les unions p-n, es comprova el seu correcte funcionament i es posen en plaques.


  • 3.6.-Elements d'un sistema fotovoltaic

    El sistema fotovoltaic no és res més que el conjunt d'elements capaços de subministrar electricitat per a cobrir les necessitats. Els components depenen del tipus d'aplicació (autònoma o connectada a la xarxa).

    Els sistemes autònoms tenen

    • Sistema de captació: mòduls fotovoltaics

    • Sistema de regulació: regula l'entrada d'energia

    • Sistema d'emmagatzematge: acumuladors per quan no es produeix prou energia.

    • Adaptació del corrent: inversor, que adequa les característiques del corrent a la demanda.

    Les instal·lacions connectades a la xarxa elèctrica no necessiten emmagatzematge, a més de necessitar una sortida de corrent alterna a 220V.

    Apart, hi ha sistemes de seguretat, com a tot arreu.

    3.7.-Funcionament

    L'energia emesa pel sol és captada per les cèl·lules fotovoltaiques. Els plafons es fabriquen per donar una potència màxima coneguda per Watt pic (Wp), que és la intensitat màxima amb la màxima radiació solar.

    Els plafons es poden connectar en sèrie unint pols contraris o bé en paral·lel, unint els pols iguals. La potència sempre és la mateixa, però variarà la tensió. En tot cas, hi ha un mètode per a cada aplicació. En paral·lel es manté la tensió d'una placa i augmenta la intensitat. En canvi, en sèrie es multiplica el nombre de plafons pel voltatge d'un dels plafons.

    Per a optimitzar el rendiment, cal orientar-les en direcció sud, i amb una inclinació depenent de l'època i la latitud.

    L'energia surt de les plaques en forma de corrent continu passant pel regulador, que té la funció de protegir les bateries contra la sobrecàrrega. En cas de descàrrega, una alarma avisa al consumidor.

    L'energia, doncs, passarà pel regulador, i si aquest ho creu convenient, anirà a parar als acumuladors, on serà fins la seva utilització.

    La capacitat d'emmagatzematge dels acumuladors es calcula en referència al consum diari estimat i al nombre de dies d'autonomia que es considerin convenients. Generalment tenen una capacitat de descàrrega d'unes 100 hores. Els acumuladors són els elements més cars i els que requereixen més manteniment de tota la instal·lació.

    Quan els elements de consum de corrent continu estiguin en funcionament, l'energia sortirà dels acumuladors i anirà a parar directament a aquests elements, passant per un convertidor de tensió CC-CC si la tensió dels elements no coincideix amb la proporcionada.

    Quan necessitin corrent els aparells alterns, el corrent continu (12-24V) passarà per l'inversor, generant corrent altern a 220V. En aquesta conversió, l'inversor perd entre un 10 i un 20% en calor.

    4.-VIABILITAT

    4.1.-Rendiment

    Els diferents elements que influeixen en el rendiment de les plaques són:

    • Intensitat de radiació: s'ha de tenir en compte, ja que a cada zona, època i hora és diferent.

    • Col·locació dels mòduls: depèn de l'orientació i la inclinació. A l'hemisferi nord sempre s'han d'orientar cap al Sud, ja que és on més s'aprofita la radiació. Si alguna cosa ho impedeix, es posaran sempre cap a l'est. La inclinació és important perquè el Sol no sempre incideix amb el mateix angle.

    • Temperatura de les cèl·lules: la radiació provoca l'escalfament de les cèl·lules. Una radiació de 1000W/m2 és capaç d'escalfar la cèl·lula uns 30º per sobre de la temperatura ambient. A mesura que puja la temperatura per sobre de 25ºC, la tensió generada és menor, la qual cosa significa que les plaques han d'estar ben dissenyades i airejades.

    • Nombre de cèl·lules per mòdul: el nombre afecta al voltatge, ja que cada una d'elles produeix uns 0,4 V.

    • Rendiment de les cèl·lules: el rendiment és la diferència entre la potència útil que dona i la total que rep. Els rendiments actuals són baixos, del 15%, però en laboratoris s'ha arribat a més.

    El rendiment és tant baix per:

    • Energia dels fotons incidents: Bastant sovint, els fotons de la llum solar no tenen prou energia per trencar l'enllaç covalent i crear el parell electró-buit. També es dóna la inversa, quan duu massa energia. En aquest cas es perd en calor. Representa un 50% del total perdut.

    • Pèrdues per recombinació: El fet de que part dels electrons alliberats pels fotons ocupin de nou buits propers, fa que la tensió baixi dels teòrics 1,1V als 0,6V màxims a circuits oberts. Suposa un 15% de pèrdues.

    • Pèrdues per reflexió: amb els recobriments necessaris per a reduir el nivell de reflexió, el mínim assolit es del 10%.

    • Pèrdues per contactes elèctrics: Els contactes elèctrics tapen una part de la llum rebuda. Les pèrdues solen ser del 8%.

    • Pèrdues per resistència en sèrie: És degut a l'efecte Joule que es produeix al circular la corrent elèctrica dins del silici, produint un escalfament. És un 2% de pèrdues.

    4.2.-Viabilitat econòmica

    Actualment el cost per kWh fotovoltaic està als 6€ per Watt de potència instal·lada. Si es té en compte que la instal·lació fotovoltaica pot durar 20 anys com a mínim i rep 1600 hores de sol anuals, el cost real seria d'uns 20 cèntims.. Per això sabem que el cost estaria al voltant dels 9000€ per kW instal·lat. Al preu resultant se li han de restar les subvencions, que són raonablement grans, normalment es subvenciona el 25% de la instal·lació.

    Aquestes xifres són assumibles per a una família mitjana si tenim en compte que cada any es venen més de 250.000 cotxes nous amb un valor mitjà de 12000€, amb la diferència de que el cotxe només fa que generar despeses, i en canvi, l'energia solar produeix..

    La venda d'energia a les companyies elèctriques suposa un estalvi en la facturació elèctrica. Si la instal·lació es de un sistema inferior a 5 kWp, les elèctriques estan obligades a comprar-la a 0,40€. En canvi, a uns 21 cèntims si la instal·lació es major. Tot i això, no és econòmicament rendible com a negoci.

    4.3.-Impacte ambiental

    L'energia solar fotovoltaica, com ja he dit a la introducció, és una energia renovable. És neta, i per tant, no emet ni diòxid de carboni, ni òxids de sofre, ni cap contaminant.

    Al produir-se l'aprofitament localment, no causa impacte en la creació de pistes, cables i pals.

    Aspectes que poden ser perjudicials:

    • Es necessiten indústries extractores per a l'obtenció de silici. Impacte baix, ja que el silici és el segon material més abundant.

    • El procés d'obtenció de les cèl·lules si que realment genera un impacte, com tota indústria.

    • Les bateries són, sens dubte, el més perillós i contaminant.

    5.-FUTUR

    El futur de les energies no es troba en elements de relativa nova aparició, sinó en els més antics, com són el Sol, el Vent, el Magma i l'Hidrogen. Aquests són els conductors de la revolució. La electrònica i la informàtica permeten controls que milloren els rendiments, eficiències i consums, i rendibilitzen els sistemes. Els sistemes renovables proporcionaran un gran percentatge de l'energia total.

    L'energia solar fotovoltaica serà implantada en l'àmbit domèstic. Tant difícil és instal·lar tota la teulada o terrat amb plaques solars?. Es busquen solucions per obtenir energia quan no hi hagi prou sol, però segur que no tardaran gaire a arribar.

    Les cèl·lules solars cada dia són més barates, com demostra aquest gràfic de costos, proporcionat per la Unió Europea.

    La causa d'aquest continu abaratiment és el creixement en la fabricació de plaques. Actualment, les empreses centren els seus esforços en obtenir cèl·lules de major eficiència energètica. La recerca també porta al desenvolupament d'una cèl·lula termofotovoltaica, capaç d'aprofitar el calor residual de les indústries.

    Però avui en dia, l'energia solar és l'única que ens permet domèsticament de canviar l'energia no renovable per la renovable. Per cada kWh fotovoltaic s'evita el llançament de 235 g de CO2 a l'atmosfera.

    Les investigacions s'estan duent a terme i els avantatges d'aquesta energia permeten dir que aquesta energia acabarà sent una de les més viables en un futur no gaire llunyà.

    6.-APLICACIONS

    L'energia té múltiples aplicacions, però és especialment útil en instal·lacions autònomes, i en llocs aïllats.

    Electrificació rural

    Nombroses zones, sobretot de muntanya i de difícil accés, pateixen una manca d'energia elèctrica. En aquestes zones, l'energia solar és una alternativa quasi sense alternativa, que genera l'energia necessària i amb baix cost de manteniment.


    Aplicacions agrícoles i de bestiar

    El bombeig d'aigua es tracta d'una de les millors aplicacions de l'energia fotovoltaica, ja que el reg agrícola es fa necessari precisament quan no plou ni està núvol. També pot ser molt útil per omplir basses d'abeurament per al bestiar o per mantenir la làmina d'aigua d'un espai recreatiu o natural.

    Senyalització i comunicació

    Els plafons fotovoltaics permeten alimentar senyals lluminosos com ara boies marines, fars costaners, advertències lluminoses en revolts perillosos de carreteres, plafons informatius i sistemes d'alarma i emergència. Igualment, són una bona alternativa per alimentar repetidors de telecomunicacions i telefonia mòbil.

    Enllumenat públic

    L'enllumenat nocturn de les ciutats constitueix una despesa econòmica molt important per als municipis. Els fanals alimentats per energia fotovoltaica són una alternativa viable per als carrers i places d'una ciutat, però també per àrees de servei d'autopistes i túnels.

    Generació elèctrica per l'autoabastament

    Consisteix principalment a adaptar les característiques arquitectòniques dels edificis per tal de posar plaques solars per l'autoabastiment de l'edifici, venent el sobrant a les companyies elèctriques, com a la biblioteca de Mataró.

    Centrals elèctriques fotovoltaiques

    Simplement consisteix a generar electricitat en gran quantitat fent servir l'energia solar. A Toledo hi ha una central de 1 MW, però la més gran és als EUA, concretament a Carrisa (Califòrnia) de 6 MW. A Barcelona n'hi ha una de 3,5 MW projectada a la desembocadura del Besòs, la qual serà la més gran d'Europa.

    7.-CONCLUSIONS I OPINIÓ

    Crec que aquest treball ha estat especialment interessant. M'ha agradat perquè he après el funcionament de l'energia solar fotovoltaica, i m'ha agradat tenir, per fi, una idea del que són els materials semiconductors, sota quin principi funcionen les cèl·lules fotovoltaiques i les causes del baix rendiment. L'energia solar fotovoltaica és, a nivell domèstic principalment, una de les apostes més viables i respectuoses amb el medi ambient, un medi que ja està prou fet malbé. Tot i això, sembla que la gent no s'adona del mal que fa fins que ja és fet i quasi insolucionable, és a dir, quan és massa tard.

    M'agraden les propostes concretes d'alguns ajuntaments, que obliguen a posar, en edificis nous, un percentatge important de l'escalfament de l'aigua fent servir l'energia solar fotovoltaica. Tot i això, crec que també hi haurien d'haver lleis que obliguessin a posar un tant per cent, o la totalitat del consum d'energia de les noves cases amb energies renovables, tenint en compte que s'apliquessin subvencions importants. No crec que sigui tant complicat posar plaques solars a les teulades, on pràcticament no causen impacte visual. O a la façana d'edificis modernistes, de l'estil de la biblioteca de Mataró, que amb una mica de disseny no queden pas malament. L'aplicació d'aquesta energia és sens cap mena de dubte interessant en aplicacions aïllades, sobretot a l'alta muntanya. Perquè haver d'assumir els costos de fer arribar la línia d'electricitat a casa, si pots fer-te-la tu mateix? Com sempre, per això, cal posar un èmfasi especial en que realment, es necessiten coses que consumeixin menys, no fonts que ens en donin més, ja que llavors igualment es llençaria més.

    Avui en dia, els electrodomèstics de baix consum i la il·luminació amb bombetes que gasten poc (de l'estil de fluorescents) és la millor alternativa al consum elevat. Sincerament, aquesta explicació la dedico a qualsevol persona que es vulgui fer una casa nova, ja que si les coses es comencen bé, ja tenim molt fet. Només es tracta de posar els electrodomèstics esmentats, gaudir d'una bona il·luminació, la qual cosa estalviarà molta energia, i col·locar plafons solars a qualsevol lloc, on millor quedin, intentant que mirin al sud o a l'est. Tot això, per avançar cap a un món millor, sostenible.

    8.-WEBS VISITADES I D'INTERÈS

    Aquí poso un llistat de pàgines web d'interès pels amants de l'energia solar, i en concret fotovoltaica, d'algunes de les quals m'he servit per realitzar aquest treball. Entre les següents, també n'hi ha moltes que són d'empreses del sector.

    EMPRESES


    ENLLAÇOS D'INTERÈS

    Cal posar especial atenció en algunes d'aquestes webs. La de censolar és una web d'informació general bastant bona. Tot i això, la més completa és la agores.org, que és la web oficial de la UE sobre energies renovables. És molt bona i amb molts enllaços. La d'ecotopia té la gràcia de que és simplement una web d'enllaços sobre energies sostenibles. I per últim, destacar la de pangea, que és en català, com ha de ser.