L’effetto serra è un fenomeno naturale che mantiene la temperatura del nostro pianeta in un range di valori adatti alla vita.

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3 L’effetto serra è un fenomeno naturale che mantiene la temperatura del nostro pianeta in un range di valori adatti alla vita.

4 Quello che spesso viene indicato come “problema dell’effetto serra” è in realtà un fenomeno naturale, da sempre presente sulla Terra. In assenza dell’effetto serra la temperatura sarebbe intorno ai -18°C !!

5 Se l’effetto serra aumentasse in modo sproporzionato avremmo condizioni paragonabili a quelle di Venere, 460C°…… incompatibile con la vita.

6 Effetto serra sul nostro pianeta

7 L’aumento dell’effetto serra è dovuto principalmente a cause antropiche, infatti l’80% delle emissioni di CO 2 proviene dall’utilizzo di combustibili fossili (petrolio, metano,carbone), come fonti di energia, che sono inoltre: Finite come disponibilità Inquinanti Provenienti da paesi politicamente instabili

8 Andamento dei principali gas serra Effetto serra: termine coniato dal professore universitario Glen Trewart nel 1937. 11 dicembre 1997 : 122 paesi fra cui gli USA adottano il protocollo di Kyoto. Ma il trattato non viene ratificato dal congresso USA. I 6 gas serra regolati da Kyoto sono:CFC, metano, anidride carbonica, protossido di azoto,perfluorocarburi, esafluoruro di zolfo.

9 Occorre quindi sviluppare sempre più le fonti di energia rinnovabili. Oggi le fonti rinnovabili coprono solo il 13,1% del fabbisogno energetico mondiale. E in Italia?.... Produzione energetica in Italia Dati in %-ricerca Eurostat del 2005 su dati del 2003

10 La quota di energia proveniente dal sole oggi utilizzata è pari al 3,9%: Solare termico per il riscaldamento dell’acqua. Fotovoltaico per generare elettricità.

11 I vegetali sono in grado di sfruttare l’energia luminosa per ottenere energia chimica. 6CO 2 +6H 2 O+en.solare=>C 6 H 12 O 6 +6O 2

12 Cloroplasto,il centro della fotosintesi Il cloroplasto è un organulo che troviamo nelle cellule vegetali eucariotiche al cui interno avviene il processo della fotosintesi clorofilliana.

13 La fotosintesi avviene in due stadi:le reazioni luce-dipendenti si svolgono nelle membrane dei tilacoidi e le reazioni luce-indipendenti nello stroma.

14 L’energia che arriva dal sole viene catturata dai fotosistemi I e II all’ interno dei quali molecole di clorofilla assorbono luce di lunghezza d’onda diverse

15 I vegetali hanno imparato ad utilizzare l’energia che proviene dal sole!!! E l’uomo?.......

16 L’umanità consuma oltre 15 mila miliardi di Watt all’anno (15 TW). Il sole deposita 50 milioni di GW di energia pulita sulla Terra. Una grande centrale elettrica nucleare produce circa un GW. Ridurre i costi del pannello fotovoltaico diventa fondamentale se si vuole incrementare l’utilizzo di energia solare:

17 Celle solari: status attuale. Celle solari completamente organiche: polimeriche e a small molecules. Celle solari dye sensitized e esempi di fabbricazione mediante deposizione di materiali in soluzione liquida. Il fotovoltaico nel futuro La nostra esperienza Fonti e ringraziamentistatus attuale.polimeriche e a small molecules.dye sensitized Il fotovoltaico nel futuro La nostra esperienza Fonti e ringraziamenti

18 La radiazione solare all’equatore raggiunge i 1000 W / m 2, perciò un modulo fotovoltaico di un m 2,con un’efficienza del 10%, riesce a produrre circa 100 W. L’efficienza delle attuali celle solari varia dal 8% per quelle basate su silicio amorfo fino al 30% o più per i prototipi di laboratorio a giunzioni multiple. silicio monocristallini efficienza dell’ordine del 16-17% ma costose. silicio policristallino celle più economiche, ma meno efficienti (15-16%). silicio amorfo Hanno un’efficienza bassa (8%), ma sono più economiche da produrre.

19 Produzione di pannelli solari nel mondo

20 Il fotovoltaico è molto costoso soprattutto per i processi di fabbricazione dei materiali e per l’elevato costo delle materie prime. Negli ultimi anni il prezzo delle celle sta diminuendo ma resta pur sempre elevato rispetto ad altre fonti energetiche.

21 Costo dei pannelli Prezzo indicativo dei moduli solari in Europa e negli USA

22 Fabbricazione celle I processi di fabbricazione delle celle “convenzionali” sono complessi e costosi. Il costo per l’istallazione di una fabbrica di produzione di celle fotovoltaiche è molto elevato È possibile realizzare celle fotovoltaiche riducendo sia i costi dei materiali che quelli di realizzazione? Questo è possibile ma occorre ripensare tutto il processo, introdurre nuovi materiali e nuove tecniche di realizzazione.

23 Come abbassare drasticamente il costo del fotovoltaico ed implementare la produzione di massa? Per ridurre drasticamente i prezzi bisogna pensare ad utilizzare materiali completamente diversi! Ritorna

24 PVCOOL: concentratore a pettine –Rapporto di concentrazione 1.6X –Non richiedono elevata precisione dell’inseguitore CONCENTRATORI A SPECCHIO Analisi dello stato dell’arte SUPERTRAXLE: concentratore a pettine o Rapporto di concentrazione 1.6X÷2.4X o Sistemi con pannelli bifacciali: rapporto di concentrazione 5X o 7X

25 CONCENTRATORI A SPECCHIO Analisi dello stato dell’arte ISCAT: concentratore a inseguimento biassiale ◦ Rapporto di concentrazione 1.8X ◦ Sistema ad inseguimento più sofisticato e maggiori problemi dovuti alla forza del vento SOLFOCUS: elevata concentrazione o Rapporto di concentrazione 1.6X÷2.4X o Sistemi con pannelli bifacciali: rapporto di concentrazione 5X o 7X o Celle multigiunzione (1 cm 2 )

26 Attualmente di soluzioni sulla concentrazione ce ne sono molte (PHOTON 8/2009), ma… …nessuna si è ancora affermata per impianti medio-piccoli.

27 La gamma di celle solari organiche è ampia e si trova in diversi stadi di ricerca e di maturazione tecnologica e comprende: le celle dye sensitized (la cui parte fotoelettricamente attiva è costituita da un pigmento, da ossido di titanio e da un elettrolita). organiche (la cui parte attiva è totalmente organica o polimerica). ibride organico/inorganico e ibride biologico.

28 Organic Small molecule & Polymers Celle Solari Organiche Polymer(s) PEDOT ITO Vantaggi : basso costo e facilità di costruzione. Svantaggi : ridotta efficienza. Ritorna

29 Celle Solari Organiche - polimeriche Celle polimeriche: pellicola polimerica inserita tra due contatti metallici sottili  Leggere e flessibili  Basso costo di fabbricazione  Personalizzabili a livello molecolare  Basso impatto ambientale SPECCHIETTO CARATTERISTICHE Potenza in uscita30 W/mq Vita del pannello1 - 3 anni Peso~ 900 g/mq Spessore< 0.5 mm TrasparenzaOltre il 45% TagliePersonalizzabile Resa5÷7% Profilo ambientaleRiciclabile e non tossico KONARKA: principale produttore di questi pannelli, non genera prodotti di consumo. Questi pannelli possono essere installati e integrati in edifici, finestre e qualsiasi oggetto riceva irraggiamento solare.

30 Celle Solari Organiche - DSSC DSSC (Dye-sensitized solar cell) Celle a coloranti che operano formate da un elettrodo di vetro sul quale è disposto un semiconduttore ad alto gap energetico (biossido di Titanio). A causa dell’elevata energia di gap è necessario sensibilizzare il semiconduttore attraverso un colorante organico. Leggere e flessibili Alto costo di fabbricazione Personalizzabili a livello molecolare Prestazioni non influenzate, o comunque influenzate in modo trascurabile, dai cambiamenti della temperatura Rese basse: intorno al 3÷5% reali, 10÷12% in laboratorio.

31 Cella solare “dye-sensitised” TiO 2 Cella solare Pigmenti assorbiti TiO 2 Vetro conduttore Catalizzatore Elettrolita Ritorna

32 Sfide e Sviluppi Tecnologici in Atto Aumentare i tempi di vita delle celle solari. Aumentare le efficienze di conversione della luce. Sviluppo di nuovi materiali, nuove combinazioni di materiali e sistemi organici e ibridi. Ingegnerizzare il sistema cella solare. Sviluppo di tecniche di incapsulamento efficaci contro la degradazione dei materiali che avviene quando vengono sottoposti all’azione combinata della luce (specialmente quella ultravioletta) e aria. Sviluppare i metodi di fabbricazione industriali. Competizione dalle celle inorganiche.

33 Esempi di applicazioni future per il fotovoltaico organico Concetti per applicazioni flessibili Finestre fotovoltaiche ed elettrocromiche Applicazioni per produzione di energia su larga area

34 Come abbassare i costi del fotovoltaico? La soluzione proposta dalla tecnologia del fotovoltaico organico è quella di utilizzare processi di fabbricazione semplici e a basso costo tra cui l’evaporazione e sopratutto la deposizione dei materiali in soluzione liquida; si possono quindi utilizzare i metodi tipici dell’industria della stampa per la fabbricazione di celle solari!!! Materiali depositabili in soluzione liquida

35 Vantaggi delle dye-sensitised Potenziale grandissimo per abbassare i costi. Materiali depositabili in soluzione liquida a basse temperature. Facili, semplici e veloci da fabbricare: si possono usare i metodi tipici della stampa. Possibilità di fabbricare pannelli flessibili e leggeri. Proprietà optoelettroniche accordabili attraverso il design chimico di nuovi pigmenti,anche multicolore. Buona eco-compatibilità dei materiali. Nuove opportunità di prodotti nuovi: finestre fotovoltaiche, celle flessibili, molte possibilità di integrazione in una vasta gamma di prodotti. Punti deboli Tempi di vita Efficienze Ritorna

36 Dalla teoria… alla pratica ….Costruire un prototipo di cella e misurarne le proprietà elettriche e la corrente prodotta

37 La nostra esperienza Nei laboratori di Chimica dell’UNIVERSITA’ DEL PIEMONTE ORIENTALE, sede di Alessandria, abbiamo costruito una cella fotovoltaica… Ecco i momenti fondamentali della nostra esperienza …

38 Si prepara la vernice a base di ossido di titanio, si deposita sul lato conduttivo del vetrino,si cuoce a 350C°

39 In un contenitore si versa del succo di mirtillo e si immerge un vetrino precedentemente preparato

40 Si prepara un secondo vetrino annerendolo con una fiamma, per fissare il carbonio sulla superficie.

41 Si tolgono poi i vetrini dal succo di mirtillo,si immergono prima in acqua poi in alcool; si ripuliscono quindi i bordi per fissare l’elettrodo.

42 La cella dopo essere stata immersa ha assorbito il pigmento

43 Si uniscono i due vetrini con pinze metalliche e si inserisce all’interno una soluzione elettrolitica.

44 Si collega quindi la cella ad un voltmetro e ad un utilizzatore per misurare la produzione di corrente Utilizzatore Voltmetro Amperometro Cella in fase di utilizzo in diversi regimi