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LENERGIA FOTOVOLTAICA Trasformazione di energia luminosa in energia elettrica - Effetto luce, sotto forma di fotoni, su giunzione p-n E = hf c = h / E.

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2 LENERGIA FOTOVOLTAICA Trasformazione di energia luminosa in energia elettrica - Effetto luce, sotto forma di fotoni, su giunzione p-n E = hf c = h / E G c = 1,24 / E G

3 CAPACITA DI ASSORBIRE LA LUCE dipende: DAL MATERIALE : - SILICIO MONOCRISTALLINO - SILICIO POLICRISTALLINO - SILICIO AMORFO DALLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA: - FILM SOTTILE - A CONCENTRATORE RENDIMENTO DELLE CELLE FV Rendimento di una cella = Pout / Pin = Pout / A. E Pout(W) = potenza erogata - Pin = potenza luminosa A (m 2 ) = area utile - E (W/ m 2 ) = energia incidente

4 IL PRINCIPIO FOTOVOLTAICO APPLICATO ALLA CELLA Circuito equivalente Rc I - generatore ideale di corrente D - effetto rettificante della cella / p-n Rsh - dovuta a dispersioni interne (leakage) Rs - dovuta al contatto catodo-semiconduttore Rc - rappresenta carico / generico utente D Rs Rsh Rc I

5 TEORIA GIUNZIONE p-n APPLICATA AL FENOMENO FV I = I 0 (e V/ V T - 1) I = I SC + I 0 (1 - e V/ V T ) V max = V oc = V T ln ( 1 + Isc / I 0 ) ==> V oc crsce con legge logaritmica Isc

6 MP Vm, Im - tensione e corrente di max potenza Voc - tensione a vuoto (circuito aperto) Isc - corrente di corto circuito MP - massimo prodotto V x I

7 LA CELLA FV DAL PUNTO DI VISTA COSTRUTTIVO

8 IL SISTEMA FOTOVOLTAICO Campo FV Sistemi di controllo - carica batteria, tensioni in e out inverter Convertitori (INVERTER) - LCI (sistemi grid c.) / SCI (isolati) Accumulatori - piombo acido

9 Sezione tipica di un modulo FV COMPONENTI DI UN SISTEMA FV

10 Collegamenti elettrici di stringa CAMPO FV Cella a Modulo PannelloStringaCampo o generatore FV Inseguitore solare Dp - diodo di bypass Db - diodo di blocco Db Dp

11 COMPONENTI DI UN SISTEMA FV f p >> f m VuVu INVERTER x FV Unidirezionali CC ==> CA Ristretto campo tensioni in ingresso Tecnica PWM a migliaia di Hz Commutaz.ne ad alta frequenza (IGBT-MOSFET)

12 IL SISTEMA FV - STAND ALONE CAMPO FV BATTERIA ACCUMULATORI CC / CA INVERTER SCI FILTRO lato C.A. PROTEZIONI RETE in ISOLA UNITA di CONTROLLO R : Regolazione tensione e fase out -costante R

13 CAMPO FV INVERTER LCI C.C. / C.A. PROTEZIONI RETE PUBBLICA UNITA di CONTROLLO IL SISTEMA FV - GRID CONNECTED FILTRO lato C.C. FILTRO lato C.A. R- MPPTR-V outR- f rete R- MPPT Regolazione punto MPPT R-V out : Regolazione tensione out R- f rete Sincronismo frequenza di rete C.C. / C.C FILTRO C.C. Mantiene tensione costante FILTRO C.A. filtra armoniche dispari PROTEZIONI max corrente e /o corto c.

14 APPLICAZIONE A GRUPPI UPS COME SOLUZIONE ANTI BLACK-OUT Rivolta ad utente con UPS cui dare valore aggiunto

15 APPLICAZIONE A GRUPPI UPS COME SOLUZIONE ANTI BLACK-OUT Vantaggi: - utilizzo energia FV altrimenti sprecata - sorgente energetica addizionale - riserva - costo incrementale minimo su UPS esistente (filtri,interr.ri, protez) - zero inquinamento - produzione ed utilizzo nel punto di max domanda - inverter con trasformatore - isolamento galvanico secondo norme sicurezza UPS indispensabile in casi critici: allarmi, computer, sistemi rilevazione

16 ALTRI ESEMPI APPLICATIVI - FV - Abbinamento Energia FV-Irrigazione a goccia (sintonia impinati FV e piante) - Impianto antenna su Marmolada 3,6 kWp alimenta ripetitori telef.mobile ( gruppo UPS + batterie + rete elettrica) - Idrolisi nella produzione di H 2 - 1kWh per m3 - Barriere antirumore. tratto stradale Perugia-Bettolle - Tetti FV - contributi 75% senza IVA x installazione

17 VALUTAZIONI ECONOMICHE Costi di installazione Energia FV

18 Durata e affidabilitàdipendono da: temperatura e irraggiamento VALUTAZIONI ECONOMICHE LEEE-SUP.SI - Laboratorio Energia Ecologia Economia-Scuola Univ.ria Prof.le. - Svizzera It. Dati ricavati da indagine LEEE su camp.ne di 78 moduli e studi impianto TISO (SVI)

19 VALUTAZIONI AMBIENTALI

20 PROSPETTIVE / SVILUPPI - Celle : Si-amorfo (basso spessore supp. Flessibili - forte instab.tà ) CIS /CIGS - facile prod e basso costo / no unif.tà prestazioni CdTe - a 4 strati e tre giunzioni, η > 15%, basso sp e costi- inquinante nanocristallina : TiO 2 - tipo fotosintesi: costi di 5 volte < Si - Moduli : a bassa riflettenza: coat a 4 strati a rifraz. Altern. (Si 3 N 4 e SiO 2 ) curvi: adattamento di celle Si a sup. curve: sfrutta angolo sole - Inverters: modulari, tecnologie SMD-Surface Mounting Devices) - trasformatori: tecnologia DSP-Digital Signal Processing Evoluzione tecnologica

21 CONSIDERAZIONI FINALI OBIETTIVO Riduzione degli sprechi e produzione dellenergia richiesta dove utilizzatza - Energia FV (rinnovabile) anche se complementare - Cogenerazione - Ricerca di integrazione in strutture edilizie - Rispetto Situazione Ambientale (Impegni di Kyoto ) - La situazione dellItalia: Potenza FV installata a fine 2002: kWp (+10% su 2001) Legge 283/2003:. entro % fabbisogno elettrico da fonti rinnovabili. incentivi su produzione energia (non su investimenti iniziali v. tetti FV)

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