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FONDAMENTI DI SISTEMI FOTOVOLTAICI Sistemi e Impianti Fotovoltaici Le celle e i moduli fotovoltaici Principi chimico-fisici Le tecnologie (Si, GaAs,CdTe,

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Presentazione sul tema: "FONDAMENTI DI SISTEMI FOTOVOLTAICI Sistemi e Impianti Fotovoltaici Le celle e i moduli fotovoltaici Principi chimico-fisici Le tecnologie (Si, GaAs,CdTe,"— Transcript della presentazione:

1 FONDAMENTI DI SISTEMI FOTOVOLTAICI Sistemi e Impianti Fotovoltaici Le celle e i moduli fotovoltaici Principi chimico-fisici Le tecnologie (Si, GaAs,CdTe, ecc.) I limiti Processi e costi Esempi di applicazioni

2 La potenzialità dell energia solare Radiazione solare Mtep/a Consumo mondiale Mtep/a 1250 kWh/metro quadro allanno 1000 kWh/mq al Nord Italia, 1500 al Sud Italia La potenzialità dell energia solare è, per ora, volte il consumo mondiale di energia Ma non illudiamoci !!!

3 Solare Fotovoltaico

4 Tetto tradizionale con moduli in Silicio micromorfo (0,38 m 2 ; h =13%) Copertura in Silicio amorfo da 100mq Produzione media annuale 15MWh

5 Facciata Fotovoltaica (6,5 kWp) del Ministero dellAmbiente della Baviera (1993) Dettaglio della facciata con moduli semi trasparenti in a-Si:H/a-Si:H/Ge (42 Wp/m 2 )

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7 Sistemi ad inseguimento solare: ad uno o due assi. Miglioramenti: Con un solo asse E-W inclinato 28% Con due assi 34%

8 Modulo a concentrazione a inseguimento solare Celle multigiunzione al GaAs, Rendimento celle: 40% Superficie 8,4 m 2 Rendimento del modulo: 17,9 %Wp/m 2 Costo previsto= 1,52 [/Wp]

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12 La cella al silicio: modello, principi di funzionamento, prestazioni e rendimento Le tecnologie Le celle multigiunzione Il rendimento delle celle multigiunzione

13 La cella monogiunzione: un modello elementare Potenza entrante: energia solare Potenza uscente: energia elettrica Potenza dissipata: energia termica ed irradiata I simboli strutturale elettrico

14 La caratteristica corrente-tensione (I-V) della cella fotovoltaica a) Rilevazione al variare dellilluminazione a 25 o C; b) Punto di massima potenza P M =I M.V M (MPP: Maximum Power Point) a) b)

15 Potenza massima P m = I m.V m = FF.I sc.V oc I I sc I m 0 V m V oc V Caratteristica I-V schematizzata FF: Fattore di riempimento ( Fill Factor )

16 f(E) 0,5 E v E Fp E F E Fn E c E P I N

17 p n E C E Fn E V E C E Fn E V pn E Fn E Fp n p EgEg EgEg EgEg e o e( o –V) eV I=Io (exp(eV/kT)-1] EgEg EgEg Semiconduttori drogati e isolati Giunzione np non illuminata Giunzione illuminata ed erogante la corrente I E Fn E Fp

18 l Eg=h/ l

19 V oc per cella ideale

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23 Radiativa Auger Prodotta da difetti (intrinseca) (estrinseca) (estrinseca) I meccanismi di ricombinazione di volume bulk

24 Cella c-Si con contatti posteriori Silicio cristallinoGaAlAs

25 Telloluro di cadmio CdTe CIGS Silicio amorfo

26 Cella elettrolitica Cella solare Dye Cell polimerica Struttura giunzione Livelli energetici

27 Cella multigiunzione Tandem a-Si/Ge, m m-Si,… Tandem Tandem Parallele 2 giunz. 3. giunz. 3 giunz. Cella multispettrale 2E g1 = E g

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29 Esempi: Celle monogiunzione Cella CdTe Eg=1,5 D I=2 da cui P=3 Cella ideale (GaAs) Eg=1 D I = 4 da cui P=4 Cella al Silicio Eg=1,1 D I = 3,2 da cui P=3,5 Celle multigiunzione Cella amorfa tripla giunzione con Egi= 1,8/1,6/1,4 cui corrispondono D Ii=1,4/0,5/0,3 Si ha P= S Egi. D Ii= 3,74 Cella micromorfa con Egi=1,75/1,1 cui corrispondono D Ii=1,5/1,7 Si ha P= S Egi. D Ii= 4,49

30 Rendimento limite termodinamico 95 Carnot Assorbimento ed irradiaz. Bidirez corpo nero Tc = Ta 73,793,3(Landesberg) Irradiaz. bidirezionale Un solo circolatore Tc = Ta 7090Convertitore non reciproco Convertitore ideale Tc =2544 o C Irradiaz. bidirez. 53,685Assorbitore a corpo nero (Müser) Teorico!68,286,8Infinite giunzioni Non dato52,5 2,14/1,53/1,10/0,72 67,94 giunzioni a-Si:H/a-SiGe, 13,5; 1,8/1,6/1,4 48,6 1,95/1,30/0,8263,23 giunzioni a-Si:H/ c-Si:H, 14,7 1,75/1,1 42,5 1,70/0,9755,72 giunzioni c-Si monocrist., 24,731 1,31 40,81 giunzione Esempi di tecnologie Materiali, %, Eg delle giunzioni Note Radiazione senza concentrazione % Eg delle giunzioni Radiazion e Concentra ta % Tipologia

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32 Evoluzione delle tecnologie fotovoltaiche Cu [/m 2 ) % 1- Silicio cristallino 2- Film sottile 3- Il futuro?! 3

33 UNISOLAR 3mx0,4m circa 0,5KWp rendimento 7-10%

34 Stato di avanzamento del progetto ARENDI (Gruppo Marcegaglia) –Apr, 07 Avvio progettazione esecutiva –Apr. 08 consegna primi impianti ed avvio set-up –Ott. 08 consegna impianti, Dic. avvio prove produzione –Primo semestre 09 inizio produzione

35 Viste schematiche dallalto e laterale dellimpianto Unisolar per moduli a-Si in film sottile Contatto opaco Cella multigiunzione Contatto trasparente Substrato acciaio inox Struttura integrata delle celle nel modulo

36 Schema dellimpianto Oerlikon Solar CS: Stazionamento Cassette EH: Stazione di maneggiamento esterno LL: camere di caricamento e chiusura TC: camera di trasferimento PC: camere di trattamento Processo a lotti Oerlikon Solar Dimensioni moduli: max 1100x1250 mm Capacità produttiva: 20 MW/a

37 c/kWh OC + int.5%/anno OC + int.10%/anno PV solo ammort. PV ammort.+ int. 3 % UD + int.3% /anno OC=olio combustibile UD=utenze domestiche Scenari di evoluzione dei costi del kWh per l energia fotovoltaica dei costi del kWh per l energia fotovoltaica

38 = ~ UtenzaResidenz. PV Rete locale AC Rete pubblica Generazione distribuita con riserva per black-out ContatoredImpianto = ~ UtenzaResidenz. PV Gruppo di continuità Produzione fotovoltaica in rete Rendimento globale 10% 25 m2 di tetto/1 MWh.anno

39 educazione economia ecologia etica estetica energia Sviluppo Sostenibile Le 6E dello sviluppo sostenibile


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