Plaques Fotovoltaiques
Autor: Daniel Zhou
Centre: TALLER GINEBRO
Document:
plaques_fotovoltaiques.pdf
(5.72 MB)
Aquest treball de recerca consisteix en l’estudi de les propietats físiques de les cèl·lules fotovoltaiques: des del moment en què un simple feix de llum incideix sobre la superfície d’un metall (efecte fotoelèctric) fins a quines són les característiques que acaben produint que aquest dispositiu solar sigui millor un que l’altre i per què en unes regions és més òptim utilitzar-les. Per tant, dividirem el treball en cinc parts fonamentals: les motivacions i els objectius d’aquest treball, una base fonamental teòrica per entendre com funcionen les cèl·lules fotovoltaiques, experiments per estudiar les cèl·lules fotovoltaiques de laboratori, altres experiments per estudiar les plaques fotovoltaiques convencionals del mercat laboral construint una màquina per a facilitar el treball i, finalment, una conclusió del treball en global.
En primer lloc, la motivació d’aquest treball és l’interès que tinc per tot allò que té a veure amb els camps de la física i, sobretot, pel meu desconeixement de la fotònica. Per tant, l’objectiu d’aquest treball és entendre millor la naturalesa de la llum, què és el que ocorre quan un simple feix de llum incideix en una superfície i conèixer el desenvolupament tecnològic de les plaques fotovoltaiques.
En segon lloc, la base teòrica consistirà principalment en què és la llum, com funcionen les plaques fotovoltaiques i a partir de quin fenomen funcionen i com es pot millorar encara més el seu rendiment de producció, els diferents dispositius solars que dependran sobretot del material del que estan fets i l’eficiència com a mesura per comparar el seu rendiment envers a altres plaques. En aquest apartat demostrarem que depenent del color de la llum (la seva freqüència) és més energètic o menys utilitzant una placa fotovoltaica.
En tercer lloc, aquesta part es basarà en diferents experiments als laboratoris de la UPC per entendre les propietats físiques internes d’una cèl·lula fotovoltaica i realitzar els respectius experiments. Veurem com unes de les característiques són mesurades amb l’eficiència quàntica (exposarem una cèl·lula fotovoltaica a una font de llum làser que variarà de color des dels infrarojos als ultraviolats per caracteritzar la cèl·lula ja que, si recordem, el Sol envia llum majoritàriament càlida) i realitzarem les mesures Intensitat-Voltatge (corba I-V), que són molt utilitzades per comparar diferents tipus de cèl·lules amb modificacions com la texturització de les superfícies dels metalls semiconductors. A més, visitarem la Sala Blanca de la UPC on descriurem breument els processos d’elaboració d’una cèl·lula fotovoltaica als laboratoris i, en aquest cas, la més eficient de tota la península.
Per una altra banda, estudiarem també les característiques de les plaques fotovoltaiques convencionals del mercat laboral posant-les a prova davant de diferents factors ambientals: l’angle de la placa respecte el Sol, les ombres, l’orientació geogràfica i la temperatura.
En segon lloc, per a estudiar les característiques de les plaques fotovoltaiques del mercat laboral i com són afectats pels factors ambientals, farem el muntatge d’una màquina que consisteix en una base amb una plataforma que rotarà aproximadament 130º amb l’ajuda d’un servomotor. En allà hi seran les plaques fotovoltaiques i, a més a més, sensors de temperatura i de rajos ultraviolats. En la base, la part inferior, una placa d’Arduino i tot això serà programat amb l’Arduino per així rebre les dades automàticament. A més, les plaques fotovoltaiques utilitzades seran analitzades amb llums de diferents colors i comprovarem el voltatge que dona abans de l’experimentació. A més, utilitzarem una font d’alimentació per tal d’estabilitzar la corrent. Altrament, observarem com intervindran diferents factors que no esperàvem trobar, i com alteren totalment la hipòtesi inicial per a cada factor, com és el cas de la trajectòria de la llum quan hi ha núvols, en què són reflectits i dirigits cap a un altre lloc.
Finalment, podrem concloure aquest treball amb força èxit ja que ens haurem enfrontat a diverses situacions adverses que no ens esperàvem trobar com trajectòries de llum desviades a causa d’algun fenomen, però finalment trobarem un sentit lògic estant força segurs que no hi ha cap error en quant a la maquinària ja que sempre s’ha intentat posar a prova tots els dispositius per tal d’evitar interferències.
En primer lloc, la motivació d’aquest treball és l’interès que tinc per tot allò que té a veure amb els camps de la física i, sobretot, pel meu desconeixement de la fotònica. Per tant, l’objectiu d’aquest treball és entendre millor la naturalesa de la llum, què és el que ocorre quan un simple feix de llum incideix en una superfície i conèixer el desenvolupament tecnològic de les plaques fotovoltaiques.
En segon lloc, la base teòrica consistirà principalment en què és la llum, com funcionen les plaques fotovoltaiques i a partir de quin fenomen funcionen i com es pot millorar encara més el seu rendiment de producció, els diferents dispositius solars que dependran sobretot del material del que estan fets i l’eficiència com a mesura per comparar el seu rendiment envers a altres plaques. En aquest apartat demostrarem que depenent del color de la llum (la seva freqüència) és més energètic o menys utilitzant una placa fotovoltaica.
En tercer lloc, aquesta part es basarà en diferents experiments als laboratoris de la UPC per entendre les propietats físiques internes d’una cèl·lula fotovoltaica i realitzar els respectius experiments. Veurem com unes de les característiques són mesurades amb l’eficiència quàntica (exposarem una cèl·lula fotovoltaica a una font de llum làser que variarà de color des dels infrarojos als ultraviolats per caracteritzar la cèl·lula ja que, si recordem, el Sol envia llum majoritàriament càlida) i realitzarem les mesures Intensitat-Voltatge (corba I-V), que són molt utilitzades per comparar diferents tipus de cèl·lules amb modificacions com la texturització de les superfícies dels metalls semiconductors. A més, visitarem la Sala Blanca de la UPC on descriurem breument els processos d’elaboració d’una cèl·lula fotovoltaica als laboratoris i, en aquest cas, la més eficient de tota la península.
Per una altra banda, estudiarem també les característiques de les plaques fotovoltaiques convencionals del mercat laboral posant-les a prova davant de diferents factors ambientals: l’angle de la placa respecte el Sol, les ombres, l’orientació geogràfica i la temperatura.
En segon lloc, per a estudiar les característiques de les plaques fotovoltaiques del mercat laboral i com són afectats pels factors ambientals, farem el muntatge d’una màquina que consisteix en una base amb una plataforma que rotarà aproximadament 130º amb l’ajuda d’un servomotor. En allà hi seran les plaques fotovoltaiques i, a més a més, sensors de temperatura i de rajos ultraviolats. En la base, la part inferior, una placa d’Arduino i tot això serà programat amb l’Arduino per així rebre les dades automàticament. A més, les plaques fotovoltaiques utilitzades seran analitzades amb llums de diferents colors i comprovarem el voltatge que dona abans de l’experimentació. A més, utilitzarem una font d’alimentació per tal d’estabilitzar la corrent. Altrament, observarem com intervindran diferents factors que no esperàvem trobar, i com alteren totalment la hipòtesi inicial per a cada factor, com és el cas de la trajectòria de la llum quan hi ha núvols, en què són reflectits i dirigits cap a un altre lloc.
Finalment, podrem concloure aquest treball amb força èxit ja que ens haurem enfrontat a diverses situacions adverses que no ens esperàvem trobar com trajectòries de llum desviades a causa d’algun fenomen, però finalment trobarem un sentit lògic estant força segurs que no hi ha cap error en quant a la maquinària ja que sempre s’ha intentat posar a prova tots els dispositius per tal d’evitar interferències.