Celule fotovoltaice: cum funcționează și ce rol au într-un panou solar

Sub sticlă, într-un panou fotovoltaic, se află componentele care transformă lumina în electricitate: celulele fotovoltaice. Cele mai multe sunt realizate din siliciu și sunt conectate între ele pentru a funcționa împreună într-un modul.

O singură celulă generează o tensiune redusă. Prin interconectarea mai multor celule, se obțin tensiunea și puterea necesare la nivelul panoului.

Cum funcționează o celulă fotovoltaică?

O celulă fotovoltaică transformă direct energia luminii în energie electrică prin efectul fotovoltaic.

Lumina este formată din fotoni. Atunci când fotonii cu suficientă energie sunt absorbiți de materialul semiconductor, pot genera perechi electron-gol. Câmpul electric intern al celulei separă acești purtători de sarcină, iar conectarea unui circuit exterior permite apariția curentului electric.

Curentul electric generat de celulă este curent continuu (DC).

O singură celulă din siliciu furnizează o tensiune redusă. De aceea, celulele trebuie interconectate pentru a obține caracteristicile electrice necesare la nivelul modulului.

Procesul are nevoie de lumină, nu de căldura soarelui. Temperaturile ridicate pot avea chiar efectul opus: pe măsură ce celula se încălzește, tensiunea tinde să scadă. O zi rece și senină poate oferi, așadar, condiții bune de funcționare.

Din ce este alcătuită o celulă fotovoltaică?

Majoritatea celulelor actuale folosesc siliciul ca material semiconductor. Pentru ca energia luminii să poată fi transformată și colectată sub formă de curent electric, celula include mai multe elemente cu roluri distincte:

• materialul semiconductor, în care are loc efectul fotovoltaic;
• regiuni cu proprietăți electrice diferite, care contribuie la separarea sarcinilor;
• contacte metalice, care colectează curentul generat;
• un strat antireflex, care reduce cantitatea de lumină reflectată.

Privite de aproape, celulele fotovoltaice prezintă linii metalice foarte subțiri. Acestea fac parte din sistemul de colectare a curentului și sunt proiectate astfel încât să ocupe cât mai puțină suprafață expusă luminii.

Culoarea poate varia în funcție de structura siliciului, de textura suprafeței și de tratamentele antireflex. De aceea, o celulă mai închisă la culoare nu este, automat, mai performantă.

Sticla, materialele de încapsulare și cadrul pe care le vedem la un panou nu fac parte din celula propriu-zisă. Acestea aparțin construcției modulului și au, în principal, rolul de protecție și de susținere.

Care este diferența dintre celulă, modul și panou?

Celula fotovoltaică este unitatea în care are loc conversia luminii în energie electrică. Mai multe celule interconectate și protejate de celelalte componente constructive formează un modul fotovoltaic.

În limbajul uzual, acest modul complet este numit frecvent „panou fotovoltaic”. Include celulele, sticla, materialele de încapsulare, conexiunile electrice și, în majoritatea construcțiilor convenționale, cadrul.

Mai multe panouri conectate pot face parte dintr-o instalație fotovoltaică. Diferența este utilă deoarece valorile de tensiune, curent și putere înscrise pe fișa tehnică se referă la modulul complet, nu la o singură celulă.

Cum lucrează mai multe celule într-un panou solar?

Pentru a obține tensiuni mai mari, producătorii conectează mai multe celule în serie. Tensiunile lor se adună, în timp ce prin șir circulă același curent.

Un exemplu simplificat arată mai clar ce înseamnă această conectare. Dacă o celulă ar furniza aproximativ 0,6 V, zece celule similare conectate în serie ar putea genera împreună aproximativ 6 V. Valoarea reală depinde de caracteristicile celulelor și de condițiile de funcționare.

Într-un panou real, configurația este mai complexă. Celulele pot fi organizate în mai multe secțiuni și interconectate în funcție de proiectarea modulului.

Numărul celulelor nu este, prin urmare, suficient pentru a compara două panouri. Tehnologia celulelor și construcția modulului diferă între principalele tipuri de panouri fotovoltaice, iar aceste diferențe influențează caracteristicile produsului final.

Ce se întâmplă când o parte dintre celule primește mai puțină lumină?

Celulele interconectate nu funcționează ca surse complet independente. Dacă o parte dintre ele primește mai puțină lumină, poate fi influențată și secțiunea din care face parte.

De exemplu, umbra unui coș poate acoperi după-amiaza doar partea inferioară a unui panou. Chiar dacă restul suprafeței rămâne luminat, efectul nu depinde numai de procentul de panou aflat în umbră, ci și de modul în care sunt conectate celulele.

Modulele includ diode bypass, care permit curentului să ocolească anumite secțiuni în anumite condiții de umbrire. În instalațiile unde umbrele afectează frecvent modulele în mod diferit, optimizatoarele pentru panouri fotovoltaice pot limita unele dintre efectele acestor diferențe, în funcție de configurația sistemului.

Într-o zi cu nori, producția nu se oprește automat, deoarece la celule poate ajunge în continuare radiație difuză. Lumina disponibilă și temperatura celulelor influențează, alături de alți factori, randamentul panourilor fotovoltaice în condiții reale de funcționare.

Cum ajunge electricitatea produsă de celule în locuință?

Celulele reprezintă începutul traseului energiei. Conectate între ele, formează circuitul modulului, iar mai multe module pot face parte dintr-un sistem fotovoltaic alături de invertor, protecții și alte componente.

Panourile furnizează energie sub formă de curent continuu (DC). Invertorul transformă această energie în curent alternativ (AC), care poate fi utilizat de instalația electrică a locuinței.

Traseul de bază poate fi urmărit simplu:

lumină → celule fotovoltaice → modul → curent continuu → invertor → curent alternativ → consum

Dacă instalația include baterii sau permite livrarea surplusului în rețea, energia poate urma și alte trasee. Aceste etape țin însă de sistem, nu de procesul care are loc în interiorul celulei.

De la celulă la panoul fotovoltaic

Celula fotovoltaică explică punctul de plecare al întregului proces: lumina generează sarcini electrice în materialul semiconductor, iar interconectarea celulelor permite obținerea caracteristicilor necesare pentru un modul.

Înțelegerea acestei relații face mai ușor de interpretat atât informațiile de pe fișa tehnică, cât și comportamentul unui panou atunci când lumina nu ajunge uniform pe întreaga suprafață.

Dacă vrei să afli ce tehnologie de celulă se potrivește pentru proprietatea ta, o evaluare tehnică poate clarifica alegerea.