Cèl.les
Solars L'energia del Sol Per exemple. .- L'energia hidroelèctrica es pot generar donat que el Sol evapora l'aigua dels oceans i forma els núvols que duran la pluja que omplirà els embassaments. .- L'energia eòlica es produeix quan el Sol escalfa parts de l'atmosfera i provoca desplaçaments d'aire, anomenats vents .- Els combustibles fòssils es varen produir per la descomposició de plantes que fa milions d'anys emmagatzemaren energia solar en forma de compostos del carboni. .- L'energia que consumim per moure els nostres músculs prové de les fruites i verdures que mengem, o de carns d'animals que a la vegada també menjaren les plantes. Les quals degut a l'energia solar varen convertir el biòxid de carboni amb aigua i materials nutritius. L'energia que arriba del Sol és immensa . Ja que en un sol dia la Terra
en rebria una quantitat propera a 12 000 vegades de la que consumeix tota
la seva població, incloent-hi els combustibles fòssils, energia
hidroelèctrica, ... Des de fa anys, el potencial tèrmic del sol s'aprofita a les cases
d'alguns països com Japó i Israel, per substituir el consum d'electricitat
o gas, utilitzant pannells de vidre o plàstic sobre tuberies d'aigua per
escalfar-la. Però la possibilitat important és la de produir electricitat
amb petites cèl·lules fotovoltaiques fabricades amb materials
semiconductors. Actualment la tecnologia fotovoltaica en escala industrial encara no es
troba en condicions de substituir les fonts convencionals d'energia com la
hidroelèctrica, tèrmica, o nuclear, però si hi considera un futur. L'energia solar té com avantatges, la possibilitat de producció
centralitzada o individual, on els usuaris la podrien condicionar a les
seves necessitats. En canvi el mètodes actuals necessiten de grans
instal·lacions, (les centrals elèctriques ), i grans infrastructures per
transportar l'energia amb considerables impactes ecològics. Tot recordant les histories, entre les bases de les civilitzacions, hi
va ser l'aprofitament de l'energia i el desenvolupament de sistemes per a
convertir-la en treball, considerant-hi aquí a partir de l'utilització del
foc per l'humanitat.
Amb la
física mecànica d'en Isaac Newton, el terme energia fou aplicat com una
mesura de la capacitat de produir un treball; però el concepte d'energia"
prové almenys des de Galileu del segle 17, qui afirmà que quan un pes es
aixecat amb una politja, la força "F" que s'hi fa multiplicada per la
distància "d" recorreguda es manté constant i se l'anomenava " treball ",
( T = F . d ) . A finals del segle 17 , en Isaac Newton definí les bases d'un nou
concepte de la física, i proposà el concepte de força com una magnitud que
provoca els moviments dels objectes, cossos, .. De fet ell forà el qui
reconegué que la força "F" resultaria del producte de la massa "m" d'un
objecte per l'acceleració "a" que s'hi produeix ( F = m . a ) i com que si
la força provoca un desplaçament es comptabilitza un treball T = F.d , ja
tenim així relacions entre energia, treball, força, desplaçament, massa,
acceleració . Els científics i filòsofs posteriors a Newton, substituïren la noció de
la forçà per les energies associades a elles com causes originaries dels
fets físics. Segons els seus principis, les intercanvis de energia entre
els diferents sistemes són responsables d'aquests fenòmens i es manifesten
en diverses formes convertibles entre sí. Així doncs, es considerava
l'energia des de un punt de vista físic, com un fluid present de manera
intrínseca en els diferents cossos. La
revolució de la mecànica quàntica
. En experimentes nuclears a altíssimes temperatures, els científics han verificat un fenomen de transformació de massa en energia pura, malgrat tot ha estat impossible produir la conversió en sentit contrari. Però del qualsevol manera, quant l'anàlisi no inclou processos nuclears podrà acceptar-se el principi de conservació, que considera el calor com única via de trànsit d'energia de un sistema aïllat. Dit en altres paraules, quant no s'involucren ni reacciones nuclears ni velocitats properes a les de la llum, totes les fórmules tradicionals de la mecànica clàssica desenvolupades por Newton siguin tenen validesa universal.
A
què ens porta això?
El problema de la humanitat, llavors no és l'absència de fonts d'energia , ja que amb la del Sol n'hi hauria prou per totes les necessitats; la qüestió es desenvolupar una tecnologia eficient que permetria transformar-la directament en treball o en altres formes d'energia. Justament, una alternativa que se ha desenvolupat gràcies al progrés en els materials semiconductors ho son les cel·les solars. La
cel·la solar
Inclòs a finals del segle 19, quan encara els cotxes no passaven de ser una curiositat, molts investigadors varen opinar que amb el desenvolupament de l'energia fotovoltaica es podrien evitar les enormes emissions de fum que es produïen en les grans maquines de vapor que impulsaven a la indústria d'aquells temps. El fenomen va començar a rebre més atenció per part de la comunitat científica al 1905. Gràcies a un treball de Albert Einstein, qui per primera vegada va explicar de manera apropiada la seva naturalesa (un detall poc conegut es que Einstein va rebre el premi Nobel de física, al 1921, per explicar l' efecte fotoelèctric i no per la teoria de la relativitat, com pensen molts). Les investigacions varen continuar, i per la dècada dels anys 30 ja s'havien descobert altres materials que podien utilitzar-se en la generació de l'energia elèctrica a partir de la llum solar, essent el més prometedor una combinació de coure i un semiconductor amb base d'òxids de coure; tot i això, el seleni segueix sent el material per excel·lència per la fabricació de cel·les solars, inclòs es va començar a arribar al públic no especialitzat, sobre tot als aficionats de la fotografia, mitjançant mesuradors de llum per calcular el temps d'exposició i obertura de la lent de la camera fotogràfica "exposímetres". Tot i això, es va aconseguir a principis dels anys 40 una cel·la solar més eficient,. Al 1 941 Russel Ohl va mostrar la primera cel·la solar amb base de silici, un material econòmic, abundant i relativament fàcil d'obtenir (el silici es un dels principals components de la Terra, i s'obté amb facilitat l'arena). Amb aquest material per primera vegada van obtenir eficiències al voltant del 3 o 4%, és a dir, solament es podia transformar en energia elèctrica aquest percentatge del total d'energia solar incident sobre la cel·la: una magnitud molt baixa, sens dubte, però ja susceptible d'aplicacions pràctiques. L'augment de l'índex d'eficiència va representar una gran avanç amb comparació amb les tradicionals cel·les de seleni. Tan avantatjós va ser que el disseny va perdurar durant 30 anys, fins que tres científics nord-americans els laboratoris Bell _ en G.L Pearson, Daryl Chapin i Calvin Fuller varen desenvolupar una cel·la de silici que proporcionava una eficiència del 6%. Van ser aquestes cel·les solars les primeres que començaren a utilitzar-se massivament en diverses aplicacions. Amb l'aparició de nous materials, com el arsènic de gali (un semiconductor ideal per aplicacions optoelectròniques), la eficiència de les cel·les solars s'ha incrementat considerablement, els nous dispositius poden convertir-ne al voltant de 20-25% de la llum solar directament en energia elèctrica, i si en el disseny de la cel·la solar s'hi incorporen elements òptics que concentren la llum en els elements fotovoltaics, aquesta eficiència pot elevar-se a prop del 40%. L'energia fotovoltaica és una alternativa real i viable per la substitució de algunes fonts tradicionals; per exemple, és la font principal de subministrament energètic de les sondes espacials o els satèl·lits artificials; i ja s'utilitza des de fa temps en rellotges de polsera, calculadores electròniques, ràdios portàtils, joguines, .... Que
és l' efecte fotovoltaic ?
Com
funciona una cel·la solar?
Les cel·les solars típiques, estan constituïdes per una placa prima de
silici tipus P, sobre aquesta superfície es crea per difusió un altra capa
prima de silici tipus N. En la part inferior, hi ha un revestiment
metál.lic i a la part superior amb una sèrie de contactes
metàl·lics. Però, el silici pur te un comportament aïllant, això es, no permet el
pas de grans corrents elèctrics a traves d'ell. Per convertir-lo en una
cel·la fotovoltaica, el material haurà de passar primer per un procés de
dopatge amb impureses de diversos materials, els quals li confereix el
grau de conducció necessari per convertir-lo en semiconductor. Les
impureses més utilitzades són el bor que te com a característica principal
la propietat d'acceptar un electró en la seva òrbita de valència, i el
fòsfor que pot cedir un electró. Una vegada obtingut la neula de silici, es atacat amb impureses de
tipus P d'un costat i de tipus N de l'altre, formant-se al seu centre una
unió (junció) amb els dos materials. Les celes s' interconectarien formant mòduls capaços de proporcionar energia elèctrica a sistemes d'emmagatzematge (bateries), i a les càrregues o equips als que es connecten per a fer-los funcionar. Actualment les celes solars es fabriquen d'acord amb els següents paràmetres:
Tot i així, aquestes cel·les encara ofereixen la eficiència que
caracteritza al de silici cristal·lí; d'aquí que encara estiguin en
desenvolupament, però amb un gran possibilitat per baixar els costos de la
energia fotovoltaica. Per la seva part, devia el seu índex de refracció,
el silici pur reflexa quasi el 30 % del espectre solar; en aquestes
circumstàncies, es necessita una capa intermèdia no absorbent que permeti
l'acoblament entre el silici i l'aire que redueixi la reflexió de la llum
incident. No obstant hi ha els que segueixen pensant que l'alt preu del
silici en forma cristal·lina és un obstacle per aconseguir relacions
eficiència/cost adients ;si fora el cas s'aspiraria a millorar-ne les
cel·les actuals. Components de cel·les
El pannell de mòduls (que és responsable de proporcionar l'energia
elèctrica a partir de la radiació solar rebuda al lloc en qüestió)
consisteix en un cert número de mòduls que tenen de interconnectar-se en
sèrie i/o en paral·lel. En general, un pannell consta de varis conjunts de mòduls en paral·lel
que es connecten entre si en sèrie o a l'invers. L'aparell fotovoltaic no
necessàriament ha de proporcionar la potència sol·licitada per càrrega,
sinó, més bé assegurar que l'energia total generada sigui igual a la
consumida. Per exemple, un motor de 1500 watts que treballa durant dos
hores diàries consumeix 3 Kw.h per dia; aquesta càrrega pot ser
proporcionada per un pannell d'aproximadament 900 watts (màxim) que
estaria exposat a 5 hores de radiació solar màxima, en promedi, cada dia
(això sense considerar les pèrdues d'energia del sistema). I per
emmagatzemar l'energia per ser consumida per la nit, existeix una varietat
de bateries recarregables, tipus plom - àcid, níquel- cadmi, plata -zinc,
plata -cadmi. Essent les més comuns actualment les de plom-àcid i les de
niquel-cadmi. Avantatges de les celes solars
Desavantatges de les celes solars
La radiació que rebem del Sol té 2 components :
En general, serà difícil predir exactament la intensitat lluminosa que
rebrem del Sol, ja que això depèn de lloc geogràfic considerat. Però lo
important és el promedi de la energia al llarg d'un dia determinat. I com
aquest promedi varia segons les estacions de l'any, s'acostuma a
calcular-ne estadísticament els promedis per mes i any i així calcular el
nombre de cel·les solars que es necessitarien per produir una determinada
quantitat d'energia elèctrica, a partir de les dades de la radiació solar
rebuda en un lloc determinat. Conclusió
|