FOTOVOLTAICO

HOME Introduzione storica Proprietà fisico/chimiche del silicio Principio fotoelettrico/fotovoltaico Struttura della cella fotovoltaica Tipi di celle che sfruttano l’effetto fotovoltaico Struttura di un impianto fotovoltaico Conto energia Costi e ricavi nella realizzazione dell’impianto Laboratorio: cella di Graetzel

INTRODUZIONE STORICA Edmond Becquerel nel 1839 scopre l’effetto fotovoltaico. Willoughby Smith nel 1873 scopre la fotoconducibilità del selenio. William Grylls Adams assieme al suo allievo Day osservarono il selenio convertire la luce del sole direttamente in elettricità. HOME

INTRODUZIONE STORICA Nel 1879 Charles Fritts costruisce la prima cella fotovoltaica. 1953 Gerald Pearson costruì una cella solare basandosi sul silicio e non più sul selenio e negli anni 60 le celle erano in grado di alimentare apparecchi domestici con un rendimento del 6%. HOME

INTRODUZIONE STORICA La NASA nel 1962 impiega le celle negli esperimenti spaziali. Fred Shurland usa il solfuro di cadmio al posto del silicio. Dagli anni 70 la tecnologia ha continuato a progredire, scoprendo nuovi tipi di pannelli con diverse caratteristiche. HOME

IL SILICIO: PROPRIETÀ CHIMICHE E FISICHE Elemento chimico con simbolo si e numero atomico 14 Secondo elemento per abbondanza nella crosta terrestre dopo l’ossigeno L’isotopo più abbondante in natura è il si a=28 HOME

PRODUZIONE SILICIO SiO2 + C → Si + CO2 Il silicio si prepara attraverso il riscaldamento di silice a temperature superiori a 1900˚C, dove il carbonio riduce la silice in silicio secondo l’equazione chimica: SiO2 + C → Si + CO2 HOME

METODI DI PURIFICAZIONE: Fusione a zona: (metodo fisico) le sbarre di silicio vengono riscaldate fino a quando . le estremità si fondono Processo di siemens: (metodo chimico) Processo della dupont: (metodo chimico) 2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4 SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2 HOME

Effetto Fotovoltaico L’effetto fotovoltaico è la conversione diretta dell’energia solare in energia elettrica. L’energia elettrica è prodotta dall’interazione dei fotoni della radiazione luminosa con gli elettroni di valenza dei materiali semiconduttori. Se i fotoni che colpiscono la cella di silicio hanno energia uguale o maggiore a 1.08 eV l’elettrone di valenza eccitato vince le forze elettrostatiche che lo tengono vincolato al legame tra due atomi e diventa libero di spostarsi HOME

Effetto Fotovoltaico Per creare un campo elettrico all’interno della cella bisogna effettuare un trattamento chiamato “drogaggio del silicio” con atomi di Boro e Fosforo Il drogaggio del silicio crea una giunzione NP che se viene collegata ad un conduttore si riesce a catturare il flusso di elettroni che va da N a P quindi fino a quando la cella è esposta alla luce c’è la produzione di corrente elettrica HOME

Effetto Fotovoltaico Lo spessore dello strato N deve essere di 0.5 mm per garantire che i fotoni arrivino vicino alla giunzione NP. Lo spessore di tutta la cellula non deve superare i 250mm. HOME

Struttura della cella fotovoltaica HOME

Celle al silicio: HOME MONOCRISTALLINO: Rendimento del 15%, grazie alla regolarità della struttura cristallina del silicio POLICRISTALLINO: Rendimento del 13%, inferiore a quella monocristallina per la struttura irregolare, ma ha un tempo di produzione inferiore AMORFO : Rendimento del 6%, Detto anche film, è una sottile pellicola dai bassi costi di produzione. È applicabile su supporti economici di varie forme grazie alla sua flessibilità HOME

Altri tipi di celle ARSENIURO DI GALLIO ETEROGIUNZIONE TELLURO E SOLFURO DI CADMIO MICROCRISTALLINO CELLA DI GRAETZEL HOME

Efficacia dei pannelli fotovoltaici Il rendimento delle celle fotovoltaiche commerciali varia dal 13% al 17%, ma in laboratorio si è arrivati fino al 32,5%. La bassa efficienza dei pannelli fotovoltaici è causata da: - Riflessione - Fotoni troppo o poco energetici - Temperatura - Resistenze elettriche HOME

L’impianto fotovoltaico: Radiazione solare Pannelli fotovoltaici Inverter Contatore impianto Contatore rete uscente Contatore rete entrante Rete a bassa tensione 7 1 2 6 5 3 4 HOME

Tipo di impianto fotovoltaico Parzialmente integrato Conto energia: Tipo di impianto fotovoltaico Potenza nominale Non integrato Parzialmente integrato Integrato Da 1 a 3 KWh €0,40 €0,44 €0,49 Da 3 a 20 KWh €0,38 €0,42 €0,46 Oltre i 20 KWh €0,36 HOME

Costi e ricavi dell’impianto medi: HOME

Costi e ricavi di un impianto da 4kw DI PICCO MASSIMO h Costi e ricavi di un impianto da 4kw DI PICCO MASSIMO Tecnologia silicio . cristallino Picco massimo . 4KW Perdite: . 14% (cavi, inverter) . + 8% (temperatura) . + 3% (riflessione) . = 25% Inclinazione . moduli 35’ Reggio Emilia . (44˚41’30’’ nord, . 10˚37’56’’ est, altitudine . 64m) Produzione elettrica FV Mese Produzione mensile (kWh) Produzione giornaliera (kWh) Gen 210 6.8 Feb 231 8.2 Mar 357 11.5 Apr 423 14.1 Mag 469 15.1 Giu 493 16.4 Lug 537 17.3 Ago 517 16.7 Set 422 Ott 320 10.3 Nov 204 Dic 165 5.3 Media annuale 362 11.9 Produzione annuale (kWh) 4347 HOME

Secondo studio di realizzazione: Struttura Esposizione solare Disposizione pannelli Sito per l’inverter HOME

Preventivo costi di realizzazione: MATERIALI QUANTITÀ COSTO PROGETTAZIONE 2 774,88€ PANNELLI FOTOVOLTAICI E INVERTER N=90 N=1 93 608,58€ STAFFAGGI 9 431,09€ CAVI E CANALI 600m 2 273,59€ ACCESSORI 1 736,87€ TOTALE 120 807,51€ (CON IVA AL 10%) HOME

Laboratorio: cella di graetzel HOME

Lab: preparazione cella Pasta di TiO2 Stesura pasta sull’elettrodo Riscaldamento in stufa Preparazione colorante Immersione elettrodo nel colorante Preparazione controelettrodo Assemblaggio cella Versare soluzione elettrolitica HOME

misurazione DDP e i HOME mV µA Bianco 45 27 No I2 20 Lampone 402 288 Lampone 402 288 202 324 238 199 Mirtillo 143 148 15,8 106 82.5 11,8 HOME

Bibliografia: “L’energia pulita” di Pietro Menna, casa editrice Il Mulino “l’energia solare e l’idrogeno” di Aurelio C. Robotti, casa editrice Utet Manuale di progettazione Riello “La sfida del secolo” di Piero Angela e Lorenzo Pinna, casa editrice Mondadori Articoli da il Sole 24 ore Immagini e altre informazioni dal web come wikipedia e google immagini. HOME

Realizzato da: Luca Camparini Lorenzo Chiapponi Mattia Giroldi Stefano Terzi HOME