Energia solar fotovoltaica
L'energia solar fotovoltaica és una metodologia d'obtenció d'energia elèctrica gràcies a cèlules fotoelèctriques. És una font d'energia renovable que contava, a finals de 2012, en una capacitat de producció de 100 GW, convertint-se en la tercera font d'energia renovable més important darrera de l'energia hidroelèctrica i l'energia eòlica.[1] Els panels solars es poden instalar tant a la superfície terrestre com integrats en les parets o sostres d'edificis existents. Aixina mateix es poden integrar específicament en enginys com ara vehículs, fanals, màquines de venda autònomes, etc.
Principi de funcionament
- Artícul principal → Cèlula fotoelèctrica.
Les cèlules fotoelèctriques són el principal component de la placa fotovoltaica. Són uns dispositius semiconductors que en rebre radiació solar s'exciten, provoquen salts electrònics i una chicoteta diferència de potencial tipo díode en els seus extrems (corrent elèctric). L'acoplament en série de diversos d'estos díodes òptics permet l'obtenció de voltages majors en configuracions molt senzilles, i aptes per a chicotets dispositius electrònics. A major escala, el corrent elèctric continu que proporcionen les plaques fotovoltaiques es pot transformar en corrent alterna i injectar en xàrcia, operació que és poc rendable econòmicament i que precisa encara de subvencions per a la seua viabilitat. En entorns aïllats, on es requerix poca corrent elèctrica i l'accés a la xàrcia està penalisat econòmicament per la distància, com refugis de montanya, estacions meteorològiques o de comunicacions, s'ampren les plaques fotovoltaiques com a alternativa econòmicament viable.
Història
L'efecte fotovoltaic es va reconéixer per primera vegada en 1839 pel físic francés Becquerel.[2][3] Tanmateix, no va ser fins a l'any 1883 que va ser construïda la primera cèlula solar per Charles Fritts en una eficiència d'un 1%. Durant la primera mitat del sigle XX diverses varen ser les millores per aumentar la seua eficiència. Al 1946, Russel Ohl va patentar la moderna unió entre els materials semiconductors que actualment s'utilisa. Pero l'avanç tecnològic més important va arribar l'any 1954 quan els Laboratoris Bell, experimentant en els semiconductors, varen desenrollar la primera cèlula fotovoltaica de silici, en un rendiment del 4,5%.
Tipo
Les plaques solars es dividixen en dos grans famílies les cristalines: en silici cristalisats, i les amorfes, en silici no cristalisats. A la vegada les cristalines es dividixen entre les monocristalines, en un sol cristal de silici i les policristalines, en més d'un cristal de silici. Les cèlules fotovoltaiques més utilisades en l'actualitat són les de silici monocristalí. L'evolució tecnològica de les plaques solars es distinguix de moment en quatre generacions.
Primera generació
La primera generació de cèlules fotovoltaiques consistien en una gran superfície de vidre simple. Una simple capa en unió díodo, capaç de generar energia elèctrica a partir de fonts de llum en llongituts d'ona similars a les que arriben a la superfície de la Terra provinents del Sol. Estes cèlules estan fabricades, normalment, en un procés de difusió en hòsties de silici. Esta primera generació és, actualment, la tecnologia dominant en la producció comercial i constituïxen, aproximadament, el 86% del mercat de cèlules solars terrestres.
Segona generació
La segona generació de materials fotovoltaics es basen en l'us de depòsits epitaxials dp molt prims de semiconductors en concentradors. Hi ha dos tipos de cèlules fotovoltaiques epitaxials: les espacials i les terrestres. Les cèlules espacials, normalment, tenen eficiències més altes (28-30%), pero tenen un cost per vat més alt. En les terrestres la película prima s'ha desenrollat usant processos de baix cost, pero tenen una eficiència més baixa (7-9%),, i, per raons evidents, es qüestionen per a aplicacions espacials.
Tercera generació
La tercera generació de cèlules fotovoltaiques, que s'estan proponent en l'actualitat, són molt diferents dels dispositius semiconductors de les generacions anteriors, ya que realment no presenten la tradicional unió per separar els portadors de càrrega fotogenerados. Actualment es troben en fase d'investigació dispositius que inclouen cèlules fotoelectroquímiques, cèlules solars de polímers, cèlules solars de nanocristals i cèlules solars de tintes sensibilisades
Quarta generació
Una hipotètica quarta generació de cèlules solars consistiria en una tecnologia fotovoltaica composta en qué es barregen, conjuntament, nanopartícules en polímers per fabricar una capa simple multiespectral, és a dir, que conseguira absorbir moltes freqüències d'ona. Posteriorment, diverses capes primes multiespectrals es podrien apilar per fabricar les cèlules solars multiespectrals definitives. La primera capa és la que convertix els diferents tipo de llum, la segona és per a la conversió d'energia i la darrera és una capa per l'espectre infrarroig. D'esta manera es convertix part de la calor en energia aprofitable.
Inconvenients de l'energia fotovoltaica
L'energia solar fotovoltaica tot i ser, en diferència, més neta que qualsevol de les energies no renovables també produïx impactes mediambientals. Malgrat que durant la vida útil de les plaques solars no es produïxca cap mena d'impacte ambientals, durant el seu procés de fabricació, sí que se’n emeten. Els principals impactes que es poden considerar, per la seua naturalea són; químics, abocaments de sòlits, líquits i gasos; físics, tèrmics, climàtics, acústics, visuals; biològics, impactes sobre l'ecosistema i la salut humana; i l'us massiu del terreny i de les matèries primeres. Els materials que s'utilisen o que s'han propost per la fabricació de cèlules solars són variats: silici (cristalisat i amorf), germani, seleni, AsGa, selenurs de coure (SeCu i Se2CuGa), sulfurs diversos i òxits de coure entre d'atres. En la fabricació d'estos materials es produïxen emissions de TeCd, B2H6, BCl3, H2, HF, SeH2, SH2, CH4, PH3, POCl3, P2O5, FH3, F4Si, P2Zn3, entre d'atres i vapors metàlics, alguns tòxics. Per atra banda, tot i que l'arsenur de gali (AsGa) no és molt tòxic en el seu estat dissociat, si que ho són els seus composts que poden produir des d'irritacions a la pell fins a problemes naturals més greus. S'estima que per a la producció de sulfur de cadmi, per cèlules que produïxquen 100000 MW/any s'obtindrien unes emissions aproximades de 34 Tm/any (Tm indica tonellada). Per tant, la fabricació de plaques fotovoltaiques és un procés complicat que necessita una gran diversitat de matèries primeres i crea problemes mediambientals. Energèticament pero si que és viable, sempre que estiguen en funcionament més de dos anys. L'inconvenient més important pero, és la seua complicació tècnica que fa que la fabricació de la tecnologia no siga possible artesanalment i que per tant estiga subjecte als preus del mercat.
Un atre inconvenient és el seu cost elevat a causa. de que el silici no es troba en estat pur i existixen diversos elements de difícil eliminació. Per atra banda, s'ha de fondre i fer-se créixer per a formar un monocristal, etapa en la qual s'invertix molt temps i molta energia.
Aventages de l'energia fotovoltaica
La radiació solar que arriba a la superfície terrestre és de 122 PW de potència; quasi 10.000 vegades el consum total d'energia elèctrica a la terra durant l'any 2005.[4] Esta abundància energètica fa prevore que en un futur se convertirà la font principal d'energia primària utilisada per la humanitat.[5] Ademés a més la generació d'electricitat fotovoltaica és l'energia renovable en una major densitat d'energia, en una mijana de 170 W/m2.[4]
Tot i la contaminació produïda en la fabricació dels panels solars la producció d'energia no produïx gasos contaminants. Aixina mateix al final del cicle de vida dels panels se'n pot fer una gestió dels residus i actualment es troben en desenroll tecnologies de reciclage dels materials,[6] aixina com polítiques que incentiven el reciclatge per part dels fabricants d'esta tecnologia.
Les instalacions fotovoltaiques poden arribar a tindre una vida útil de fins a 100 anys.[7] Ademés un cop realisada la instalació tenen un costs operatius i de manteniment molt baixos comparats en atres tecnologies de generació d'electricitat.
Centrals d'energia solar fotovoltaica
Alemanya és en l'actualitat el segon productor mundial d'energia solar fotovoltaica despuix de Japó, en prop de 5 millons de metros quadrats de colectors de sol, encara que només representa el 0,03% de la seua producció energètica total. La venda de plafons fotovoltaics ha creixcut al món al ritme anual del 20% en la década dels noranta. A la UE el creiximent mijà anual és del 30%, i Alemanya té el 80% de la potència instalada.
El creiximent actual de les instalacions solars fotovoltaiques està llimitat el 2006 per la falta de matèria primera al mercat (silici de qualitat solar) en estar copades les fonts actuals. Diversos plans s'han establet per a noves factories d'este material a tot el món, incloent el Maig de 2006 la possibilitat que se n'instale una a Espanya en la colaboració dels principals actors del mercat.
La major central d'energia solar del món fins a l'any 2004 es trobava a la ciutat d'Espenhain, a prop de Leipzig. En 33.500 plafons solars modulars monocristalins i una capacitat de producció de 5 megavats, la central és suficient per proveir 1.800 llars. La inversió va ascendir a 20 millons d'euros, segons Shell Solar i Geosol, les firmes constructores. Actualment l'empresa alemanya SAG Solarstrom, que opera a Espanya en el nom TAU Solar, ha construït la major horta solar del món a Erlasee (Alemanya). Esta substituïx a la central d'Espenhain. La nova central d'Erlasee conta en la seua totalitat en una capacitat de producció de 12 megavats.
El major fabricant europeu de productes fotovoltaics és la companyia alemanya RWE SCHOTT Solar en seu a Alzenau (Baviera). Esta companyia té la planta de producció fotovoltaica més moderna i completament integrada del món. El 2003 la companyia va generar vendes netes de 123 millons d'euros i té més de 800 empleats. Ademés Friburg de Brisgòvia és la seu d'ISES (Societat Internacional d'Energia Solar).
Vore també
Referències
- ↑ Global Solar PV installed Capacity crosses 100GW Mark. renewindians.com (11 February 2013).
- ↑ Photovoltaic Effect. Mrsolar.com. Retrieved 12 December 2010
- ↑ The photovoltaic effect. Encyclobeamia.solarbotics.net. Retrieved on 12 December 2010.
- ↑ 4,0 4,1 Smil, Vaclav (2006) Energy at the Crossroads. oecd.org. Retrieved on 3 June 2012.
- ↑ Renewable Energy: Is the Future in Nuclear? Prof. Gordon Aubrecht (Ohio State at Marion) TEDxColumbus, The Innovators – 18 October 2012
- ↑ Nieuwlaar, Evert and Alsema, Erik. Environmental Aspects of PV Power Systems. IEA PVPS Task 1 Workshop, 25–27 June 1997, Utrecht, The Netherlands
- ↑ Advantages and disadvantages of solar energy. Retrieved on 25 December 2013.