L’ENERGIA FOTOVOLTAICA Trasformazione di energia luminosa in energia elettrica - Effetto luce, sotto forma di fotoni, su giunzione p-n E = hf c = h / EG c = 1,24 / EG

RENDIMENTO DELLE CELLE FV Rendimento di una cella  = Pout / Pin = Pout / A . E Pout(W) = potenza erogata - Pin = potenza luminosa A (m2) = area utile - E (W/ m2) = energia incidente CAPACITA’ DI ASSORBIRE LA LUCE dipende: DAL MATERIALE : - SILICIO MONOCRISTALLINO - SILICIO POLICRISTALLINO - SILICIO AMORFO DALLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA: - FILM SOTTILE - A CONCENTRATORE

IL PRINCIPIO FOTOVOLTAICO APPLICATO ALLA CELLA Circuito equivalente Rs Rc Rc I D Rsh 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

TEORIA GIUNZIONE p-n APPLICATA AL FENOMENO FV I = I0 (e V/VT - 1) I = ISC + I0 (1 - e V/VT ) Vmax = Voc = VT ln ( 1 + Isc / I0 ) ==> Voc crsce con legge logaritmica Isc

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 MP

LA CELLA FV DAL PUNTO DI VISTA COSTRUTTIVO

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

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

Collegamenti elettrici di stringa COMPONENTI DI UN SISTEMA FV CAMPO FV Cella a Modulo Pannello Stringa Campo o generatore FV Db Collegamenti elettrici di stringa Dp - diodo di bypass Db - diodo di blocco Dp Inseguitore solare

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

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

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

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

APPLICAZIONE A GRUPPI UPS COME SOLUZIONE ANTI BLACK-OUT UPS indispensabile in casi critici: allarmi, computer, sistemi rilevazione 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

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 H2 - 1kWh per m3 - Barriere antirumore . tratto stradale Perugia-Bettolle - Tetti FV - contributi 75% senza IVA x installazione

VALUTAZIONI ECONOMICHE Costi di installazione Energia FV

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

VALUTAZIONI AMBIENTALI

Evoluzione tecnologica PROSPETTIVE / SVILUPPI Evoluzione tecnologica - 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 : TiO2- tipo “fotosintesi”: costi di 5 volte < Si - Moduli : a bassa riflettenza: coat a 4 strati a rifraz. Altern. (Si3N4 e SiO2) curvi: adattamento di celle Si a sup. curve: sfrutta angolo sole - Inverters: modulari, tecnologie SMD-Surface Mounting Devices) - trasformatori: tecnologia DSP-Digital Signal Processing

CONSIDERAZIONI FINALI OBIETTIVO Riduzione degli sprechi e produzione dell’energia richiesta dove utilizzatza - Energia FV (rinnovabile) anche se complementare - Cogenerazione - Ricerca di integrazione in strutture edilizie - Rispetto Situazione Ambientale (Impegni di Kyoto) - La situazione dell’Italia: Potenza FV installata a fine 2002: 22.000 kWp (+10% su 2001) Legge 283/2003: . entro 2010 22% fabbisogno elettrico da fonti rinnovabili . incentivi su produzione energia (non su investimenti iniziali v. tetti FV)