della vita Attività 1

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1 PIANO NAZIONALE LAUREE SCIENTIFICHE (PNLS1) la scienza per una migliore qualità della vita Attività 1

2 Attività 1 - Laboratorio PLS Materiali per le energie rinnovabili DESCRIZIONE DELL'ATTIVITÀ Nome Attività / Titolo: Laboratorio PLS Materiali per le energie rinnovabili Anno scolastico/accademico: 2010/2011 Referente / Responsabile attività: SAPPA Enrico : enrico.sappa@mfn.unipmn.it Collegamento con altre discipline: Biologia, Chimica, Fisica, Informatica, Scienze della Terra 19/11/2010 pnls1 sdm 2

3 Parole chiave: fotovoltaico, silicio, cella organica Descrizione sintetica: L'utilizzo delle fonti rinnovabili per l'energia ha assunto via via più interesse ed è stato realizzato su scala sempre più ampia. Lo studente che si appresti ad intraprendere un corso di laurea scientifico deve poter avere una conoscenza su quali siano le opportunità e gli sviluppi in questo settore che sta diventando sempre più importante ed attuale. 19/11/2010 pnls1 sdm 3

4 Il laboratorio previsto dall attività 1 del Piano PNLS1 parte dall'esperienza acquisita nel Progetto PLS2 e riunisce le 2 precedenti attività sul fotovoltaico tradizionale e su quello innovativo. In particolare verranno utilizzate celle al silicio mono e policristallino in moduli fotovoltaici; le prove di laboratorio riguarderanno la valutazione dell'efficienza e del rendimento in differenti condizioni di illuminazione. 19/11/2010 pnls1 sdm 4

5 Si prevede di poter realizzare un sistema automatico di rilevamento della caratteristica I-V della cella. L'altra parte di attività farà uso di celle fotovoltaiche innovative (celle di Graetzel) con l'impiego di coloranti organici, anche di origine naturale, legate chimicamente a supporti inorganici. Sono previste prove sperimentali su prototipi realizzati. Lo studente assistito dai docenti redigerà in gruppo un poster con i risultati. 19/11/2010 pnls1 sdm 5

6 Il migliore sarà premiato al termine del ciclo. Il Laboratorio opererà in collaborazione con lo spin-off Novares di Novara. 19/11/2010 pnls1 sdm 6

7 Tipologia attività laboratorio PLS se altro: Classi coinvolte: secondarie di secondo grado se si è scelto secondaria di secondo grado: classi 3 a, classe 4 a, classe 5 a Stima numero studenti coinvolti: 100 Stima numero insegnanti coinvolti: 7 Numero studenti coinvolti: - Numero insegnanti coinvolti: - 19/11/2010 pnls1 sdm 7

8 Note sull'attività: Nel settore del fotovoltaico tradizionale è stato realizzato dall'unità Operativa del Piemonte Orientale, nel corso del precedente PLS2 un nuovo set-up sperimentale con celle al Si-monocristallino; sono stati acquisiti 2 fari di luci a led programmate da consolle. Se il Piano verrà finanziato si prevede di realizzare un sistema automatico di rilevamento della caratteristica I-V della cella. 19/11/2010 pnls1 sdm 8

9 Il sistema consentirà allo studente di verificare se le misure da lui effettuate punto per punto nel rilevamento della caratteristica saranno compatibili o meno con i risultati del sistema automatico di misura. Il settore di attività sul fotovoltaico innovativo (Celle di Graetzel) affronta il tema dell'impiego dell'energia solare per la produzione di elettricità mediante l'utilizzo di celle fotovoltaiche non basate sulla tecnologia del silicio. 19/11/2010 pnls1 sdm 9

10 Dette celle utilizzano coloranti organici, anche di origine naturale, legate a supporti inorganici di basso costo. La parte teorica, in cui vengono descritte le problematiche legate alla produzione sostenibile di energia, alla tecnologia del fotovoltaico in generale e quello innovativo in particolare è supportata ed ampliata dall'attività sperimentale. Infatti, in laboratorio si è costruito un prototipo di cella di Graetzel utilizzando materiali facilmente reperibili ed a costi limitati (es. succo di mirtillo). 19/11/2010 pnls1 sdm 10

11 Si sono quindi effettuate misure elettriche al fine di valutare la potenza estraibile. Occorre sottolineare la valenza interdisciplinare della attività, che consentirà ad allievi motivati, attraverso la trattazione di problematiche ambientali, di collegare varie discipline: Biologia (utilizzo di pigmenti naturali del succo di mirtillo quale captatore di energia solare). Chimica (tecniche d'impregnazione del supporto inorganico con il colorante). 19/11/2010 pnls1 sdm 11

12 Fisica (effettuazione di misure elettriche). Scienze della Terra (effetto serra). Informatica, sia per quanto riguarda la trattazione dei dati delle misure elettriche che per quanto riguarda la stesura dell'elaborato. Parallelamente al fotovoltaico si prevede di effettuare esperimenti riguardanti l'effetto voltaico: gli studenti possono costruire pile Daniell da utilizzare per accendere LED, e procedere alla loro caratterizzazione elettrica. 19/11/2010 pnls1 sdm 12

13 Inserimento laboratorio PLS: Laboratorio già progettato e realizzato nel PLS precedente? Sì Obiettivi del laboratorio: Lo studente viene allenato al lavoro di gruppo (10-12) in due differenti esperimenti che però hanno lo stesso obiettivo di conversione dell'energia luminosa in elettrica, utilizzando due diversi sistemi veicolari dei fotoni. 19/11/2010 pnls1 sdm 13

14 L'analisi guidata nella fase di sperimentazione e di analisi dei risultati contribuisce al trasferimento di nozioni, autonomia e giudizio critico per lo studente. Modalità di verifica del raggiungimento degli obiettivi da parte di ciascuno studente: Numero previsto di ore per lo studente in presenza di docenti della scuola, dell'università, altri esperti: N /11/2010 pnls1 sdm 14

15 Note: La partecipazione al laboratorio PLS implica da parte dello studente una presenza attiva agli esperimenti per un tempo minimo di 8 ore complessive, 4 ore per ciascuno dei 2 esperimenti del fotovoltaico tradizionale e innovativo. Al termine delle misure svolte con la guida dei docenti, lo studente parteciperà al lavoro di gruppo per la stesura guidata delle relazioni. 19/11/2010 pnls1 sdm 15

16 A conclusione verrà eseguito da parte di ciascun gruppo una presentazione poster dei risultati degli esperimenti. I docenti valuteranno gli elaborati e verrà fatta una graduatoria con premiazione del miglior poster. Le attività relative coinvolgeranno lo studente per una durata di altre 8 ore. Numero di ore dedicate agli incontri congiunti universitàscuola per la progettazione del laboratorio: - 19/11/2010 pnls1 sdm 16

17 Modalità di documentazione del laboratorio: - Numero di gruppi con modalità differenziate di realizzazione: - 19/11/2010 pnls1 sdm 17

18 Catalisi 19/11/2010 pnls1 sdm 18

19 Micro gas cromatografo /Massa Analisi di gas in uscita dei reattori catalitici 19/11/2010 pnls1 sdm 19