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;