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PROGETTO REALIZZATO DALLIPIAS «A. ZOLI» DI ATRI (TE) IN COLLABORAZIONE CON LA FONDAZIONE TERCAS A.S. 2012/13 Docenti: Di Pietro Giuseppe Sansonetti Ivano.

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1 PROGETTO REALIZZATO DALLIPIAS «A. ZOLI» DI ATRI (TE) IN COLLABORAZIONE CON LA FONDAZIONE TERCAS A.S. 2012/13 Docenti: Di Pietro Giuseppe Sansonetti Ivano Classi III A e IV A IPIAS LAUTOMOBILE AD IDROGENO: LE CELLE FOTOVOLTAICHE

2 2 Energia pulita, inesauribile e … GRATIS! Un sogno? Il vento LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

3 3 Che forza il sole! LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

4 4 Il sole luce calore energia elettrica LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

5 5 Leffetto Fotovoltaico o fotoelettrico consiste nella conversione della energia proveniente dal sole, sotto forma di radiazione solare, in elettricità. Effetto fotovoltaico: cosè? LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

6 6 Edmond Becquerel Un pò di storia Nel 1870 l'effetto fotovoltaico fu studiato in solido sul selenio, da Heinrich Hertz, e nel 1876, da Willoughby Smith, William Adam e Richard Day, i quali conclusero che tali celle erano in grado di convertire la luce in elettricità con una efficienza compresa fra 1% e il 2%. Heinrich Hertz L'effetto fotovoltaico è noto fin dal 1839, e trova il suo fondamento nella esperienza del fisico francese Edmond Becquerel ( ) che presentò alla Accademia delle Scienze di Parigi la sua "Memoria sugli effetti elettrici prodotti sotto l'influenza dei raggi solari". LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

7 7 Albert Einstein Un pò di storia Gerald Pearson, Daryl Chapin, e Calvin Fuller Il principio fu meglio compreso nel 1905 da Einstein - che nel 1921 per questa scoperta fu premiato con il Premio Nobel per la fisica - e nel 1930 da Walter Schottky. I due scienziati posero le basi scientifiche per la realizzazione della prima cella solare. Nel 1954 Chapin, Pearson e Fuller, nei laboratori della Bell Telephone, svilupparono la prima cella basata su semiconduttori al silicio in grado di convertire il 6% dell'energia solare in energia elettrica. LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

8 8 Un pò di storia La prima applicazione di celle solari è dovuta agli americani che nel marzo del 1958 alimentarono la trasmittente del satellite artificiale Vanguard1 che ancora oggi è in orbita attorno alla terra LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

9 9 UNA CELLA FOTOVOLTAICA LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

10 10 CONTATTO POSTERIORE STRUTTURA DELLA CELLA ZONA DI SVUOTAMENTO REGIONE N (Fosforo) REGIONE P (Boro) ANTIRIFLESSO CONTATTO ANTERIORE (GRIGLIA) CARICO + _ RADIAZIONE SOLARE + _ + _ LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

11 11 Lefficienza della cella Perdite ottichePerdite elettriche LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

12 12 IL MODULO FOTOVOLTAICO Elemento base degli impianti fotovoltaici Costituito da celle fotovoltaiche collegate elettricamente e incapsulate –Protezione meccanica e agli agenti atmosferici –Isolamento elettrico –Supporto strutturale Caratteristiche richieste –Stabilità ai raggi ultravioletti –Tolleranza alle temperature –Capacità di smaltire il calore LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

13 13 Le nuove tecnologie La ricerca Celle innovativeNuovi materiali Film sottili Silicio di grado solare Celle di grandi dimensioni LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

14 14 Le nuove tecnologie Film sottili Silicio amorfoSemiconduttori composti policristallini CIS - diseleniuro di indio CuInSe2 CIGS - diseleniuro di rame CuInGaSe2 Tellururo di Cadmio CdTe LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

15 15 Un gruppo di ricercatori dellIstituto Tecnologico del New Jersey, ha sviluppato una cella fotovoltaica economica e facile da usare che non impiega silicio. E grazie ai nanotubi di carbonio di cui è costituita, potrebbe essere disegnata o stampata su pannelli di plastica flessibili. Sviluppare celle solari organiche dai polimeri è unalternativa economica e semplice, afferma Somenath Mitra lo scienziato che guida il progetto. Per fabbricare le celle solari convenzionali, ovvero le unità di base dei pannelli fotovoltaici, è indispensabile avere silicio Uno sguardo al futuro Celle fotovoltaiche senza … silicio Immagine di un nanotubo altamente purificato, ottenuto con un processo che è molto costoso in termini di energia richiesta per la purificazione. Le celle solari sviluppate dai ricercatori del New Jersey usano nanotubi a parete singola e di forma cilindrica combinati con altri a struttura ultrafine, volte più piccola di un capello, detti fullereni. LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

16 16 Uno sguardo al futuro William Yuan e le celle fotovoltaiche 3D William Yuan è un ragazzo di 12 anni di Beaverton, USA. Nonostante la sua età, Yuan ha già studiato la fusione nucleare e diversi tipi di nanotecnologie ed è sulla buona strada per far fare un salto alle tecnologie solari con le sue celle fotovoltaiche 3D. La sua cella sarebbe in grado di assorbire sia il visibile sia i raggi UV. Se William Yuan avesse ragione, la sua celle fotovoltaica 3D grazie alle nanotecnologie assorbirebbe 500 volte più energia solare di qualsiasi altro pannello fotovoltaico ora in commercio e 9 volte più di tutte le altre tecnologie a celle solari ora in sviluppo. Per permettergli di proseguire negli studi a William Yuan è stata assegnata una borsa di studio di $ LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

17 17 Uno sguardo al futuro Celle fotovoltaiche con efficienza del 63% Un gruppo di ricercatori spagnoli guidati da Perla Wahnon e Josè Conesa di Madrid sta lavorando su un nuovo materiale in grado di sfruttare sia i fotoni del visibile sia quelli dell'infrarosso, quindi arrivare ad un massimo teorico di efficienza pari al 63%. Le celle solari convenzionali si basano su un semiconduttore come il silicio. Ma la loro incapacità di assorbire circa il 30% dellenergia solare pone un limite teorico non indifferente. Ora i ricercatori spagnoli utilizzeranno questa idea per progettare la loro nuova cella solare, aggiungendo il nuovo materiale al titanio e vanadio dei semiconduttori convenzionali modificando le proprietà elettroniche per creare questo livello intermedio di assorbimento di energia. LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS

18 18 Uno sguardo al futuro Arriva il gel… fotovoltaico Produrre energia attraverso un gel. La scoperta viene da una azienda italiana, la ESCO (Energy Saving Company Energy) di Potenza. Un pool di ingegneri e biochimici hanno lavorato sull'applicazione nanotecnologica, fino a mettere a punto un gel a base di silicio in grado di produrre energia elettrica. Il gel, applicato nelle intercapedini dei doppi vetri o colato nella lastra e in ogni superficie vetrata, diventa un generatore di energia elettrica. Secondo quanto spiegato dal responsabile della ricerca della Esco, Alessandro Cariani, ''il costo e' pari alla meta' di un normale pannello fotovoltaico'. L'energia solare viene catturata e assorbita da piccoli terminali elettrici installati nelle finestre, per essere poi riversata in rete, permettendo una produzione di cento watt/ora per ogni metro quadro di superficie LE CELLE FOTOVOLTAICHE- CLASSE III A e IV A IPIAS


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