Dezvoltarea celulelor: ce fel de panouri fotovoltaice vom avea in 2030?

Directorii departamentelor de dezvoltare si cercetare a marilor producatori de panouri fotovoltaice interogheaza de multe ori randamentul si eficienta asteptata si de asemenea generatia noua de celule. Cand Pierre Verlinden, conducatorul departementul de dezvoltare la Trina Solar a fost intrebat "daca se lucreaza la dezvoltarea celulelor de generatia a3a?" raspunsul sau a fost unul scurt: " Suntem foarte multumim de prima generatie a celulelor si inca vedem multi pasi inainte si in acea categorie." Sa vedem daca ar putea avea dreptate.

Eficienta panourilor fotovoltaice defapt nu este foarte importanta daca are valoarea de 14% sau 18% daca luam in calcul faptul ca panoul fotovoltaic devine parte din viata noastra si ca ar putea sa fie unul dintre factorii importanti ai secolului XXI.

Daca ne uitam la directiile de dezvoltare a diferitelor tipuri de celule si la ce etapa este cercetarea in ultimii ani, lucrul de notat si de observat este faptul ca celulele din Siliciu au parte de o dominatie de 60 de ani in ultimele decenii.

Sa vedem in primul rand, rezultatele obtinute in laborator, unde diferitele institutii si producatori de elita, folosesc materie prima scumpa si multe ore de cercetare pentru a lupta la titlul de celula cu cea mai mare eficienta (sursa poza):

Dupa cum se poate observa in graficul de mai sus, eficienta celulelor cristaline (marcate cu culoarea albastra) se apropie de pragul de 29% in teorie in cazul siliciului - care este de asteptat sa atinga acest prag pana in 2030, cel putin la nivel de laborator.

In graficul de mai sus unde este prezentata eficienta este usor de deosebit, diferitele generatii de celule:

1. Celulele de prima generatie (albastru): siliciu ca si baza, in principal celule poly si monoscristaline. Peste 90% dintre panourile fotovoltaice vandute pana astazi fac parte din aceasta generatie.

2. Celulele de generatia a2a (verde): celulele cu pelicula subtire, ca si siliciu-amorf (aSi), CdTe, CIGS, CuGaSe. De notat este faptul ca aceasta tehnologie nu a putut sa tina pasul cu dezvoltarea. Scaderea pretului inceputa in anul 2010 (in 2006, 450 dolari/kg, pana astazi a ajuns la 20 dolari/ kg) a avut un efect de scaderea a pietei pe aceasta generatie, ca sa nu mai vorbim de faptul ca nu si-a atins punctul de crestere asteptat avand in vederea pretul, pur si simplu si-a pierdut capacitatea de concurenta.

3. Celulele de generatia a3a (mov si rosu): celule din mai multe straturi (multi-junction cells) marcate cu mov sunt celule speciale si foarte scumpe. Celulele sub vorba de vopsea si organice fac parte tot din aceasta categorie (marcate cu rosu) aici vedem un punct de referinta deocamdata.

Recordul de astazi privind eficienta este 44,6 %, obinut din celula foarte speciala, si deci folosindu-se materiale foarte scumpe (platina, gallium etc.) si procese si mai scumpe pentru a obtinute celula cu mai multe straturi conductoare. Marimea celulei care a obtinut recordul este aceasta: 

 Sigur ca la productia in serie nu va putea intra toate tipurile de cercetari si de dezvoltari, deobicei din cauza pretului ridicat a materiei prime, sau raritatii, sau din cauza faptului ca procesul de obtinere este unul indelungat si foarte scump. In serii mai mici insa se pot produce astazi si acest tip de celule.

Spre exemplu de la Boeing-Spectrolab se pot comanda celule de tipul celor din grafic de culoare mov, au chiar si site, dar sa ne pregatim pentru ca pretul unui astfel de sistem ar putea ajunge la nivelul unui program NASA.

Deci deocamdata nu s-au intamplat schimbari importante in ultimii 5 ani, deocamdata nici macar celulele de generatia a2a cele cu pelicula subtire nu au putut obtine cresterea asteptata. Cele de generatia a3a, cum spuneam mai sus sunt inca doar la faza de inceput deci nu este gasita in productia in masa.

Dupa cum spune raportul americanilor de la MIT de anul acesta, despre trendul panourilor fotovoltaice in urmatorii ani spune ca nu este de asteptat o schimbare revolutionara in urmatorii 15-20 de ani in tehnologia panourilor. Raman cele siliciu cristaline cele mai importante ca si cea mai comuna solutie pana in anul 2030, poate cu putina crestere in eficienta.
 

Unul din zece mii: protectia contra incediu in cazul sistemelor fotovoltaice

Este o tema veche in cazul panourilor, ca ce se poate intampla in cazul unui incediu sau daca acest incediu este provocat de catre sistemul fotovoltaic. Varianta din urma ar putea aparea din cauza faptului ca este un sistem electronic poate aparea un scurt-circuit care ar putea sa provoace un incediu care ar putea acoperi intregul sistem de pe acoperis. Pe de alta parte daca incendiul nu a fost cauzat de sistemul fotovoltaic atunci panourile si cablurile raman sub tensiune care in momentul stingerii focului pot provoca probleme.

In primul rand, sa vedem care este posibilitatea ca un sistem fotovoltaic in functiune sa provoace incendiu, deoarece si un singur caz este suficient. Institutul Fraunhofer care ajuta la informatiile furnizate celor de la TUV, au facut o statistica a ultimilor 20 de ani in cazuri de incendii unde a fost montat si un sistem fotovoltaic, si din aceste intamplari cate au fost provocate de sistemul fotovoltaic in sine.

Dupa cum se poate vedea in graficul de mai sus (sursa: Photon International, mai 2013, pag. 73) in 1,3 milioane de incendii inregistrate 39 de mii au avut montate panouri fotovoltaice pe acoperis in Germania. Dintre aceste cazuri, 120 de incendii au fost cele care s-au declansat din cauza panourilor. Cercetarea a inceput in anul 2011 si s-a continuat adunarea datelor pana la inceputul anului 2014, dar acest trend de asteptat sa nu se schimbe.

In aceste 120 de cazuri, unde incediul a fost provocat de panourile fotovoltaice, probleme au fost de cele mai multe ori la conectarea cu piese necorespunzatoare sau in mod corespunzator, sau calitatea redusa a produselor, spre exemplu conectoare MC4 de calitate mai redusa, copie chinezeasca a pieselor originale de la Multi-Contact.

De asemenea au mai fost cazuri unde la montare nu s-a luat in calcul tipul de cablu potrivit neluandu-se in temperaturile iar cablurile fiind necorespunzatoare cu izolatie redusa la conectarea DC, iar din acest motiv dupa ani si din cauza temperaturile ridicate vara in special, firul neizolat corespunzator a produs un scurt-circuit. O alta problema la cabluri a mai fost in cazul acoperisurilor din tabla unde din cauza pozitionarii incorecte a cablurilor, vanturile au miscat cablurile uzand stratul exterior al cablurilor.

Daca revenim la statistica: 1 din 10000 nu reprezinta un risc prea ridicat, dar de singur acest lucru nu insemna ca nu aduce neliniste mai ales daca casa dumneavoastra este unul dintre aceste cazuri de mai sus. Nici nu mai vorbim daca este vorba si despre punerea in pericol a unei vieti umane atunci chiar si un caz este inacceptabil, de aceea este important ca cei din domeniul fotovoltaicelor sa se ocupe de protectia impotriva incendiilor, si montarea corecta a cablurilor.

Cea mai mare problema, cea a prevenirii incendiilor si in timpul incendiilor este ca pompierii sa reuseasca sa opreasca focul in siguranta in cazul in care ar lua foc intreg acoperisul. Astazi exista mai multe solutii, insa inca nu exista o solutie etalon.

In zilele noastre au aparut primele cutii de racord (modele caseta de jonctiune), care au fost luate în considerare in cablul de curent continuu pentru a putea intrerupe semnalul, iar celulele solare individuale sunt in masura sa-si indeplineasca de tensiune-mode si curent gratuit inchis. De exemplu, noua soluyie Radox, imaginea de mai jos, dar o serie de alti producători lucreaza la solutii.

  

  Deocamdata aceste solutii sunt destul de scumpe, si foarte noi, defapt chiar au decurg primele teste in fabrici care ar putea fii solutii indelungate pentru panouri.

In concluzie, putem spune ca este un lucru bun ca in sfarsit incepe sa existe o solutie care pare a fi ideala. Este de asteptat ca ca Germania si SUA sa introduca aceste solutii ca obligatorii pe viitor avand cea mai mare experienta in acest domeniu, iar urmatorul ar fi integrarea in panou a acestor solutii in momentul productiei. Deocamdata se pare exista progres in ambele directii, deci chiar daca riscul este mic, pe viitor acest mic risc va putea fi controlat in curand.