MODELLI DELLE PRESTAZIONI REALI DI UN MODULO FOTOVOLTAICO Università degli Studi di Ferrara Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea triennale in Ingegneria Meccanica Relatori Laureando Prof. ANTONIO PARRETTA CARLO SIBILLA Prof. CESARE MALAGU’

Caratteristiche elettriche Struttura a bande elettroniche Eg= gap proibito (o banda proibita) di energia ISOLANTE SEMICONDUTTORE CONDUTTORE

Il silicio: puro e drogato Puro Drogato con fosforo Drogato con boro DROGAGGIO Tipo n Tipo p

Le giunzioni p-n Semiconduttori drogati: prima della giunzione dopo la giunzione Giunzione p-n

Effetto fotoelettrico Energia di un fotone da cui poiché minore di Eg elettrone “prigioniero” Se maggiore (o uguale) di Eg elettrone libero Processo fotoelettrico del silicio

Curva caratteristica: I/V Corrente che attraversa la giunzione della cella: Eq. caratteristica cella Risolvendo rispetto a V: dove I0 è trascurabile rispetto a I SH

Curva caratteristica: I/V Andamento cella illuminata e al buio Dipendenza dall’illuminazione… e dalla temperatura

Cella solare Meccanismi alla base del funzionamento della cella hn e P e - h SCR Ē e hn load

Cella solare Silicio monocristallino Silicio policritallino Principali differenze COSTO EFFICIENZA PUREZZA

Il modulo fotovoltaico In condizioni standard (STC) In condizioni reali (RRC)

Come si perde energia? I 5 parametri: ηSTC Perdita per riflessione della luce Effetti spettrali Perdita per basso irraggiamento Perdita per temperatura Perdita per polarizzazione della luce ηRRC

Incidenza dei parametri Come incide la perdita? Tipo perdita Assoluta(%) Relativa(%) Riflessione 3.4 19.7 3.3 19.9 Spettrale - 0.3 - 1.7 0.7 4.2 Basso irrag- giamento 3.0 17.3 2.7 16.3 Temperatura 7.8 45.1 6.4 38.5 Polarizza- zione 19.6 3.5 21.1 Generic sky Clear sky

Potenza erogata STC RRC Pero=ηSTC Ginc Smod Pero=ηRRC GincSmod η1=η0 PRR (riflessione) η2=η1 PRS (effetti spettrali) Calcolo 5 perdite η3=η2 PRG (basso irraggiamento) η4=ηRRC=η3 PRT (temperatura) η0 PRR PRS PRGPRT(efficienza reale) Programma Aquila

Perdita per riflessione della luce Leggi di Snell θ = θ sinθ/sinf = n2/n1

Perdita per riflessione della luce Equazioni di Fresnel dove

Grafico delle perdite con cielo sereno con cielo “generico”

Perdita per luce diffusa Qual è lo scopo? Metodo di calcolo assorbimento luce diffusa dove e

Effetti Spettrali [ ] = ° × + » )) ( 1000 ... ) / T J G k m W A Metodo di calcolo [ ] = ° × + » )) ( 1000 ... ) irradianza / densità di corrente ' 2 T J G k m W A STC sc abs diff dir s ph

Effetti spettrali k’dir = coefficiente spettrale per la componente diretta k’diff = coefficiente spettrale per la diffusa Modulo AM1.5G (k’STC) AM1.5Dir (k’dir) AM1.5Diff (k’diff) BP585 1.0 0.98 1.07 Single-Si [12] 0.99 1.04 Multi-Si [13] 1.05 [14] 1.02

Perdita per basso irraggiamento Calcolo della perdita Eq. I-V per I=0 e I=Im Ottengo così i parametri A0 e I0

Perdita per basso irraggiamento Calcolo il PR per il basso irraggiamento Da cui

Effetti della temperatura P=f(T) Modulo al silicio cristallino ΔT = T(°C) – 25 e γ = (4÷6) 10-3 (°C-1) Performance Ratio temperatura: PRT = (1–γΔT) 1.00

Effetti della temperatura Simulatore solare 25°C (costanti) Condizioni reali Variabilità tra 5 e 55°C VS