Zelula fotovoltaiko

Zelula fotoelektriko bat, fotozelula edo zelula fotovoltaikoa ere deitua, efektu fotovoltaikoaren bidez argia (fotoiak) energia elektrikoan (elektroiak) transformatzea ahalbideratzen duen gailu elektronikoa da.
 
Argi fotoiak xurgatzen dituzte eta elektroiak igortzen dituzte. Elektroi libre hauek harrapatzen direnean, elektrizitate bezala erabili daitekeen korronte elektrikoa sortzen da.

Transformazioaren erabilgarritasunaren batez bestekoa %11-12 inguru da silizio monokristalinoaz sortutako zeluletan, baina erabilitako teknologiaren arabera %6 alda daiteke silizio amorfoen zelulak erabiliz, %14-19 lortu arte. Geruza anitzeko zelulak ere existitzen dira, hauek %30eko erabilgarritasuna lortzen dute. Laborategietan %42ko erabilgarritasuna gainditu egin da panel esperimentalak erabiliz.

Zelula fotoelektrikoen eguzki-energia taldeari panel fotovoltaiko izenarekin ezagutzen zaio. Panel fotovoltaikoak, eguzki zelulez osatutako sare bat osatzen dute. Sare hauek seriean konektatuta daude irteera tentsioa nahi den balioraino(normalean 12V edo 24V erabiltzen dira) handitu ahal izateko. Hau egiten den bitartean, beste eguzki zelula batzuk paraleloan elkartzen dira gailuak hornitu dezakeen korronte elektrikoa handitzeko.

Gailu hauek sortzen duten korronte elektrikoa jarraia da. Beraz, korronte alternoa edo tentsioa handitu nahiko bagenu, potentzia bihurgailu bat eta/edo alderanzgailu bat gehitu beharko genuke.

Motak eta bakoitzaren abantailak eta desabantailak 

Gaur egun silizioa zelula fotovoltaiko berrien sorkuntzan gehien erabiltzen den materiala da. Material hau, Lur planetaren lurrazalean aurkitzen den konposatu kimikorik ugariena dena (harean eta kuartzoan bereziki), silizea murriztuz lortzen da. Lehenengo urratsa, zain mineral batengatik (sorkuntza teknika ez du hareazkoarekin zer ikusirik) eratorriak diren kuartzoko harrietatik silizio metalurgikoa, purua %98an, sortzea da. Kalitate fotovoltaikoko silizioak gardendua izan behar da %99,999a lortu arte. Purutasun kantitate hau lortzeko silizioa konposatu kimiko berezi batean destilatu behar da. Konposatu berezi honek destilatutakoa silizioan berriro bihurtzen du.

Silizio amorfoko zelulak 

Silizioa transformatzen denean, beira lamina baten gainean proiektatzen den gas bat sortzen du. Gelaxka hau, gris iluneko kolorea du eta kalkulagailuetan eta eguzki-erlojuetan erabiltzen da. Zelula hauek manufakturatzen lehenengoak izan ziren, iodoak sortzeko erabiltzen diren metodo berdinak erabiltzen dituelako.
 
 Abantailak
 Argi gutxirekin funtzionatzen du (egun hodeitsuetan ere)
 Beste teknologia batzuk baino merkeagoa da
 Euskarri malguekin bateratzailea da
 
 Desabantailak
 Erabilgarritasuna gutxitu egiten da denborarekin(~%7)

Silizio monokristalinoko zelulak 

Hozterakoan, silizio urtuak dimentsio handiko kristal bat sortzen du. Gero kristal hori, kapa argaletan mozten da. Zelula hauek normalean kolore uniforme urdinekoak dira.

 Abantailak
 Erabilgarritasun ona %14tik %16ra.
 Wp m² (~150 WC/m²) erlazio ona.
 Zelula honen fabrikatzaile ugari daude.
 
 Desabantailak
 Oso garestia da.

Silizio multikristalinoko zelulak 

Silizioa moldeetan urtzen den bitartean kristal ugari sortzen dira. Fotozelula kolore urdinekoa da, baina ez uniformea, kristal desberdinek duten tonu ezberdinengatik.
 
 Abantailak
 Zelula karratuak egin daitezke, honela errendimendu hobeagoa lortzen da moduluetan
 Monokristalinoa baino merkeagoa da
 Erabilgarritasun handia dauka, 100 Wp/m² inguru, monokristalinoa baino txikiagoa izan arren
 
 Desabantailak
 Argi gutxi dagoenean, errendimendu txikia daukate.

Tandem zelula 
 
Bi zelula indibidualen pilaketa monolitikoa da. Hau da, bi zelulen konbinazioa egiten da (silizio amorfoko zelula silizio kristalinoko zelularen gainean adibidez). Hauek teilakatu eta espektroa xurgatzen dute errendimendua hobetzeko, edozein zelula bakarka duen errendimenduarekin konparatuz.
 
 Abantailak
 Errendimendu bikaina.
 Sentsibilitate handia du.
 
 Desabantailak
 Oso garestiak dira, hauek egiteko bi zelula behar direlako.

Erabilpena 

Zelula fotoelektrikoak batzuetan bakarrik (kalkulagailuetan, lorategietako argitasunean…) erabiltzen dira eta beste batzuetan elkarturik eguzki panel fotovoltaikoetan.
Bateriak ordezkatzeko erabiltzen direnez, zelula hauek kalkulagailuak, erlojuak eta gailuak indarrez hartu dituzte.

Panel fotovoltaikoak oso ohikoak dira sare elektrikorako biderik ez duten landa-guneak elektrizitatez hornitzeko, bai herrialde garatuetan eta baita garapen bidean dauden herrialdeetan ere. Azken horietan sare elektrikoa ez dago batere zabalduta eta panel fotovoltaikoak oso baliagarriak dira, horiek jartzea sarea sortzea baino errazagoa, merkeagoa eta garbiagoa baita. Panel fotovoltaikoak mendiko borda, ermita, landetxe, upelategi, eskola eta ospitaleak argitzeko erabiltzen dira.

Zelula hauen erabilgarritasuna handitzeko aukera dago kondentsadoreak edo pilak erabiliz biltzen baditugu. Energia biltzeko gailu batekin erabiltzen direnean, beharrezkoa da diodo bat seriean jartzea gauean zehar sistemaren deskarga saihesteko.
Aplikazio askotan elektrizitatea sortzeko erabiltzen dira, sateliteetan, aparkametroetan, etxeak elikatzeko edo sare publikoetan, eguzki zentral fotovoltaikoen kasuan.

Milaka instalazio fotovoltaiko ari dira lanean munduan gaur egun. 1990-94 bitartean munduan saldu ziren zelula fotovoltaikoen % 17 landa-guneak elektrizitatez hornitzeko erabili ziren eta 2010. urterako salmenta horiek % 25eraino igotzea espero da.

Ikerketa eta garapena 

Ikerketek ez dute oraindik heldutasuna eskuratu, erabilgarritasun bide berriak arakatzen ari direlako. Alde batetik, sortutako elektrizitatearen prezioa jaitsi beharko litzateke. Bestetik, materialen erresistentzian, erabiltzeko erraztasunean eta integrazioan aurreratu beharko litzateke. Fabrikazio prozesu etapa guztiak hobetzeko beharra dute oraindik.

Zientzialari talde batek proiektu berri bat jarri dute martxan. Proiektu horretan, eraikuntzarako, garraiorako eta espaziorako zelula fotovoltaikoen erabilpena ikertu dute. Berrikuntza nagusia zelula fotovoltaikoak egiteko materialen malgutasuna da, eta, gainera, kristalarekin alderatuta, material berri horiek zelulen pisua arintzea lortzen dutela aurkitu dute. Proiektu horretan, Europako enpresek eta berrikuntzako hainbat erakundek parte hartu dute. Proiektuaren koordinatzailea Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Wuerttemberg (ZSW) izan da.

Gaur egun, teknologia fotovoltaikoek aplikazio zehatzak dituzte, batez ere, espazioko aplikazioetan. Hala ere, prozesuak ekoizpen jarraian sartu eta gero, kostuak txikitzea espero da. Horrela zelula fotovoltaikoen erabilera zabaldu egingo da, eraikuntza-sektorean batez ere.

Ikus, gainera 

 Korronte elektrikoa
 Eguzki-energia
 Elektrizitatea
 Efektu fotoelektrikoa
 Erdieroale
 Silizioa

Erreferentziak 

  Zelula fotovoltaiko batek %41,1eko erabilgarritasuna lortzen du

  Zelula fotovoltaiko batek %42,8ko erabilgarritasuna lortzen du

  Abantailak, desabantailak eta erabilpena

  Eraikuntzarako, garraiorako eta espaziorako zelula fotovoltaikoak ikertzen ari dira

  Zelula fotovoltaikoen eraginkortasuna

Kanpo estekak 

  Energia solar fotovoltaikoa
  Zelula fotovoltaikoen erabilpena
  Energia fotovoltaikoa
  Zelula fotovoltaikoak nola egiten diren
  Energia fotovoltaikoaren erabilpenaren abantailak

Energia elektrikoa
Kimika fisikoa
Fotovoltaika
Energia-uzta