Sistemi per l'energia in edilizia

Transcript

1 Solare Fotovoltaico G. Franchini Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Bergamo

2 la tecnologia: moduli fotovoltaici L energia radiante solare può essere convertita direttamente in energia elettrica attraverso l impiego di sistemi che sfruttano il cosiddetto effetto fotovoltaico. L'effetto fotovoltaico è noto fin dal 1839, dalle esperienze del fisico francese Edmond Becquerel. Si deve aspettare fino al 1954 per avere la prima cella solare commerciale in silicio realizzata all'interno dei laboratori Bell. I costi iniziali di questa nuova tecnologia erano ingenti e ne restrinsero il campo d'azione a casi particolari, come l'alimentazione di satelliti artificiali. Le sperimentazioni vennero quindi portate avanti per tale scopo e solo verso la metà degli anni settanta si iniziò a rivolgere l'attenzione verso utilizzi "terrestri. 2

3 la tecnologia: moduli fotovoltaici Vantaggi sui metodi tradizionali di generazione elettrica: - è la risorsa di energia rinnovabile maggiormente disponibile - è risorsa disponibile ovunque (dove insolazione è adeguata) - è tecnologia fuel-free: sicurezza energetica nazionale e abbattimento emissioni di CO2 - totalmente modulare Principali inconvenienti: - intermittenza e stagionalità - bassa intensità di potenza - costo 3

4 4

5 L'effetto fotovoltaico si realizza in corrispondenza di un sottile strato della cella, detto giunzione p-n, dove entrano in contatto strati di semiconduttore con diverso "drogaggio". strato antiriflettente contatti frontali strato p-drogato giunzione p-n strato n-drogato contatti posteriori 5

6 Quando la cella viene illuminata, i fotoni con sufficiente energia provocano la formazione di una coppia lacunaelettrone. L elettrone, sottoposto all azione del dipolo elettrico prodotto dalla giunzione p-n, si muove nella direzione imposta dal campo elettrico. 6

7 La parte di radiazione solare con lunghezza d onda alta non ha l energia sufficiente per generare l'effetto fotovoltaico (circa il 20%). E 7

8 La parte di radiazione solare con lunghezza d onda bassa ha energia in eccesso che viene dissipata in calore (circa il 30%). E 8

9 La curva caratteristica i-v della cella illuminata rappresenta le infinite combinazioni di tensione e corrente alle quali la cella può operare. punto di massima potenza La potenza in uscita è il prodotto Pel = imp Vmp. Efficienza : Fill factor : i mp V mp mp = I i mp V mp FF = i cc V ca corto circuito circuito aperto 9

10 effetto della radiazione effetto della temperatura della cella 10

11 effetto della temperatura della cella effetto della temperatura d corrente-tensione potenza-tensione 11

12 Riduzione della produzione elettrica in dipendenza dalla tipologia di installazione Moduli liberi (su telaio) Moduli su tetto (ampio gap) Moduli su tetto (ventilazione buona) Moduli su tetto (ventilazione scarsa) Moduli in facciata (ventilazione buona) Moduli in facciata (ventilazione scarsa) Moduli integrati nel tetto (no ventilazione) Moduli integrati in facciata (no ventilazione)

13 Interconnessioni delle celle fotovoltaiche i i serie V V serie e parallelo i i parallelo V V 13

14 Ombreggiamento 14

15 Ombreggiamento 15

16 16

17 17

18 Moduli in SILICIO AMORFO Il silicio amorfo (a-si) è una forma non cristallina del silicio. Uno dei principali vantaggi del silicio amorfo rispetto a quello cristallino sta nella tecnica di produzione: è possibile depositare film sottili di silicio amorfo su grandi superfici mediante deposizione al plasma. 18

19 basso costo di fabbricazione buona stabilità costo di fabbricazione inferiore al mono quantità di materiale impiegato rendimento inferiore al mono bassa resa elevato rendimento flessibile degrado iniziale 19

20 Confronto cristallino vs. amorfo

21 Tempo di ritorno energetico m-si p-si a-si CIS CdTe years 4 5 6

22