I SISTEMI SOLARI ATTIVI

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1 I SISTEMI SOLARI ATTIVI Sistemi solari termici Sistemi Fotovoltaici

2 Energia irraata dal sole: Differente lunghezza d onda che costituisce il principale criterio classificazione delle onde elettromagnetiche Ragione spettrale Intervallo lunghezza d onda Raggi cosmici <1.0*10-5 Raggi X 1.0* *10-2 Ultravioletto estremo. 3.0* Ultravioletto vicino Ultravioletto blu Ultravioletto verde Ultravioletto giallo Ultravioletto arancio Ultravioletto rosso Infrarosso vicino Microonde Onde rao corte Onde rao mee Onde rao lunghe. >10 9

3 Variazione dell intensit intensità della raazione solare che raggiunge l atmosfera terrestre realtivamente alla variazione annuale della stanza tra la Terra e il Sole

4 Composizione spettrale della raazione solare che raggiunge i confini esterni dell atmosfera terrestre e la densità potenza per ciascuna lunghezza d onda.

5 Valori raazione solare giornaliera mea annua in Italia (espressa( in KWh/m 2 /giorno) su un piano rivolto a Sud ed inclinato 30 rispetto all orizzontale

6 Valori raazione solare giornaliera mea annua in Italia (espressa( in KWh/m 2 /giorno) su un piano rivolto a Sud ed inclinato 60 rispetto all orizzontale

7 I SISTEMI SOLARI TERMICI

8 Elementi strutturali del collettore solare

9 Piastra assorbente del collettore solare

10 Tipologia impianto Collettori a circolazione naturale: la circolazione è garantita dalla minore densità del fluido riscaldato nel collettore e che,, per effetto una minore densità dovuta alla maggiore temperatura, tende a risalire nella tubazione fino al serbatoio che deve essere posto al sopra del collettore Collettori a circolazione forzata: scorrimento del fluido attraverso il collettore e la sua immissione nel serbatoio è assicurata da una pompa centrifuga

11 Tipologia impianto Sistema a circuito chiuso: Il collettore solare rimane carico fluido termovettore anche in caso spegnimento della pompa Sistema a circuito aperto: con lo spegnimento della pompa, il circuito si svuota ed il fluido termovettore si raccoglie in un serbatoio drenaggio posto al sotto del sistema.

12 Tipologia impianto Circuito a scambio Diretto: Collegamento retto tra circuito del sistema solare e tra l impainto idraulico dell utenza utenza. Circuito a scambio Inretto: E necessario uno scambiatore calore tra circuito del sistema solare e tra impianto idraulico

13 Bilancio energetico un impianto solare termico Q u = energia utile raccolta in un detrminato lasso tempo I β = energia incidente nel corso quello stesso periodo Fr = asporto termico

14 Produzione acqua calda

15 I SISTEMI FOTOVOLTAICI

16 I SISTEMI FOTOVOLTAICI La conversione retta dell energia energia solare in energia elettrica (effetto fotovoltaico) sui basa sull impiego della cosiddetta cella fotovoltaica. Tale effetto si basa sul fenomeno fisico dell interazione della raazione luminosa con gli elettroni materiali speciali definiti semiconduttori,, in quanto dotati caratteristiche intermee tra quelle dei metalli e degli isolanti. Il materiale semiconduttore usato in prevalenza è il silicio (SI). Esso è composto 14 elettroni, cui 4 sono detti elettroni valenza ( cioè sponibili a legarsi in coppia con gli elettroni valenza degli atomi vicini ed a formare così i legami chimici tipo convalente

17 FOTOVOLTAICO Se si droga uno dei due strati silicio (strato N) con atomi fosforo, dotati cinque elettroni valenza, si produce un eccesso carica negativa poichè il legame tra l atomo fosforo e l elettrone valenza in più è più debole in quanto non interagente con elettroni atomi aacenti

18 FOTOVOLTAICO Aggiungendo alcuni atomi boro (con tre elettroni valenza) all altro altro strato silicio (strato P), si determina una regione con carica positiva in eccesso composta dalle lacune presenti negli atomi boro quando si legano al silicio e causate dal fatto che alcuni legami valenza avrebbero bisogno un altro elettrone

19 FOTOVOLTAICO Quando un fotone investe la struttura in esame,, la quantità energia luminosa assorbita,, se sufficiente libera un elettrone e, contemporaneamente una lacuna; in presenza del campo elettrico permanente determinato dal doppio strato descritto,, tale elettrone, libero muoversi, si sposterà verso la zona N, carica positivamente e le lacune della zona opposta. Ne consegue una fferenza potenziale tra i due estremi della giunzione che cresce fino a raggiungere un valore soglia in cui la quantità elettroni raccoltisi ad un estremo (N) ostacola eccessivamente lo spostamento degli altri elettroni (in virtù del fatto che le cariche stesso segno si respingono).

20 Una cella fotovoltaica se esposta alla raazione solare si comporta come un generatore corrente il cui funzionamento può essere descritto tramite il agramma si osserva come una cella fotovoltaica, esposta alla luce solare genera una corrente intensità variabile in funzione della tensione agli estremi della giunzione. FOTOVOLTAICO L intensità corrente (misurata in Ampere) è massima per valori tensione (misurata in Volt) bassi e nulli (corto circuito) ) e minuisce all aumentare aumentare dei valori tensione

21 FOTOVOLTAICO La potenza estraibile è data dal prodotto dell intensit intensità della corrente generata per la tensione agli estremi del circuito,, se ne desume che nelle due conzioni estreme (Intensità max e Tensione max) la potenza si azzera mentre raggiunge un valore max in una precisa conzione intermea A parità tensione l intensità della corrente elettrica generata sarà funzione dell intensit intensità della raazione luminosa

22 Parametri una cella fotovoltaica Efficienza della cella η = P max / P / P sol * A Il rapporto tra la potenza massima, che si ottiene dalla cella (P max ), e la potenza della luce che incide sulla sua superficie frontale (P sol ) espressa in Watt al metro per l area della superficie esposta,, (A) è definito Fattore riempimento FF = P max / I cc V ca Il rapporto tra la potenza massima erogabile da una cella (P max ), ed il prodotto della tensione massima (V ca ) per l intensità massima corrente erogabile (I cc ) Fattore d ombra ottimale: percentuale della superficie ricoperta che costituisce il miglior compromesso tra peggioramento dell efficenza efficenza, dovuta all ombra prodotta sulla cella dai contatti,, e miglioramento della stessa in virtù della loro maggiore superficie

23 MODULO FOTOVOLTAICO. Particolare sezione costruttiva - Celle solari in silicio cristallino, drogate con boro e fosforo meante ffusione ad alta temperatura(900 C). Infine si procede alla delicata fase fissazione dei contatti metallici ed alla impannelatura per migliorarne la resistenza. - Impannelatura con un foglio amteriale isolante e trasparente quale l acetato venietilenico (EVA). - Lastra vetro superiore a basso tenore ossido ferro, caratterizzata da buone proprietà trasmissione resistenza meccanica; inferiormente si pone uno strato isolante leggero ed economico come il Tedlar.

24 FOTOVOLTAICO

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