Energenia sponsorizza eventi a favore della bioagricoltura e dello sport per ragazzi

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Nicola Ferrara
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1 Energenia sponsorizza eventi a favore della bioagricoltura e dello sport per ragazzi Via Positano 21, Conversano (BA) Tel Fax

2 EDUCARSI AL FUTURO LA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA 2

3 Energia pulita, inesauribile e GRATIS! Un sogno? No, le fonti rinnovabili Il vento Il sole L acqua 3

4 Il sole luce calore energia elettrica 4

5 Perché puntare all utilizzo dell energia solare il sole è una fonte di energia inesauribile. il sole è l unica fonte di energia esterna rispetto alle risorse disponibili sul nostro pianeta, fatta eccezione per l energia delle maree che però è incomparabilmente di minore entità ed attualmente ancora di difficile sfruttamento; l energia solare è distribuita in maniera molto più uniforme sul pianeta rispetto a tutte le altre attuali fonti energetiche; l energia solare che investe la Terra è circa volte superiore al fabbisogno energetico mondiale. L energia solare che investe in un anno una superficie di poco meno di 2 metri quadrati di suolo (Italia Centrale) equivale ai consumi elettrici annuali di una famiglia media (circa kwh) Cos è un impianto fotovoltaico E un impianto per la produzione di energia elettrica. La tecnologia fotovoltaica permette di trasformare direttamente l energia solare incidente sulla superficie terrestre in energia elettrica, sfruttando le proprietà del silicio, un elemento semiconduttore molto usato in tutti i dispositivi elettronici. I principali vantaggi degli impianti fotovoltaici sono: assenza di qualsiasi tipo di emissione inquinante; risparmio di combustibili fossili; estrema affidabilità (vita utile superiore a 30 anni) costi di manutenzione ridotti; modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli). 5

ancora di difficile sfruttamento; l energia solare è distribuita in maniera molto più uniforme sul pianeta rispetto a tutte le altre attuali fonti energetiche; l energia solare che investe la Terra è

6 Effetto fotovoltaico: cos è? L effetto Fotovoltaico o fotoelettrico consiste nella conversione della energia proveniente dal sole, sotto forma di radiazione solare, in elettricità. 6

7 La radiazione solare può essere sfruttata non solo per produrre calore, ma anche elettricità in modo pulito e rinnovabile. I pannelli fotovoltaici, più propriamente detti moduli fotovoltaici, consentono di trasformare l energia del sole in energia elettrica. Il processo fotovoltaico di trasformazione dell energia del sole in elettricità avviene nelle celle fotovoltaiche, sottili fette di silicio sottoposte a complessi trattamenti chimici e fisici, che collegate in serie compongono il modulo fotovoltaico. COME FUNZIONANO? La luce solare è composta di particelle di energia dette fotoni. Quando i fotoni colpiscono il materiale semiconduttore della cella fotovoltaica, una parte di energia viene riflessa, una parte si trasforma in calore ed un'ultima parte provoca uno spostamento degli elettroni degli atomi nel materiale semiconduttore. L'energia del flusso di fotoni libera un certo numero di elettroni. Gli elettroni spostati nella struttura atomica del semiconduttore iniziano a scorrere, producendo una corrente elettrica nel corpo del semiconduttore. Questo è il principio fisico in base al quale una cella solare produce energia elettrica nel momento in cui è irraggiata dalla luce solare. Questa energia può essere accumulata in batterie per renderla sempre disponibile o può essere immediatamente usata dall utenza, senza l utilizzo di batterie 7

Il processo fotovoltaico di trasformazione dell energia del sole in elettricità avviene nelle celle fotovoltaiche, sottili fette di silicio sottoposte a complessi trattamenti chimici e fisici, che

8 LA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA La conversione fotovoltaica dell energia avviene all interno delle celle fotovoltaiche, tipicamente realizzate in silicio. Il silicio ha 14 elettroni, di cui 4 di valenza, che presentano legami elettrostatici che possono essere spezzati se si trasmette una certa quantità di energia. L elettrone passa così ad un livello energetico superiore ed è quindi libero di muoversi all interno del semiconduttore. In questo passaggio viene lasciata una buca, che prende il nome di lacuna; questa verrà occupata da un altro elettrone, che si lascerà dietro una lacuna, e così via. Il flusso di elettroni è orientato da un campo elettrico creato nella cella per mezzo della sovrapposizione di due strati di silicio, in ognuno dei quali si introduce un particolare elemento chimico. Nello strato drogato con fosforo, elemento di valenza 5, si costituisce una carica negativa debolmente legata (regione N); nello strato drogato con boro, elemento di valenza tre, si costituisce una carica positiva in eccesso (regione P). Viene così a formarsi la giunzione p n. 8

L elettrone passa così ad un livello energetico superiore ed è quindi libero di muoversi all interno del semiconduttore.

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10 LA CONVERSIONE FOTOVOLTAICA Affacciando i due strati si attiva un flusso elettronico dalla zona N alla zona P. Il risultato è un campo elettrico interno al dispositivo che spinge gli elettroni verso la zona N e le buche verso la zona P. I fotoni della luce che dispongono di sufficiente energia possono strappare un elettrone da uno stato legato ed elevarlo ad uno stato libero nella banda di conduzione del materiale. La conversione da luce a energia elettrica effettuata dalla cella fotovoltaica avviene essenzialmente perché i portatori di carica liberi (l elettrone libero nella banda di conduzione e la buca libera nella banda di valenza), generati dalla luce, sono spinti in direzioni opposte dal campo elettrico incorporato. Una volta attraversato il campo, gli elettroni liberi non tornano più indietro, perché il campo, agendo come un diodo, impedisce loro di invertire la marcia. Perciò, quando la luce incide sulla cella fv le cariche positive sono spinte in numero crescente verso la parte inferiore della cella e le cariche negative verso quella superiore, o viceversa, a seconda del tipo di cella. Se il dispositivo è collegato ad un carico elettrico esterno si origina una corrente di conduzione che viene raccolta mediante contatti metallici. 10

I fotoni della luce che dispongono di sufficiente energia possono strappare un elettrone da uno stato legato ed elevarlo ad uno stato libero nella banda di conduzione del materiale.

11 STRUTTURA DELLA CELLA RADIAZIONE SOLARE ANTIRIFLESSO CONTATTO ANTERIORE (GRIGLIA) REGIONE N (Fosforo) ZONA DI SVUOTAMENTO _ + _ + CARICO REGIONE P (Boro) _ + CONTATTO POSTERIORE 11

12 UNA CELLA FOTOVOLTAICA Silicio monocristallino: materiale costituito da un unico cristallo di silicio Silicio policristallino: materiale costituito da più cristalli, tra loro disallineati; Silicio amorfo: forma non cristallina del silicio. Un cristallo è un oggetto solido costituito da atomi, molecole o ioni aventi una disposizione geometrica regolare che si ripete nelle tre dimensioni spaziali 12

Silicio amorfo: forma non cristallina del silicio.

13 Fotovoltaico Il sole è gratis, no? 13

14 IL MODULO FOTOVOLTAICO Elemento base degli impianti fotovoltaici Costituito da celle fotovoltaiche collegate elettricamente e incapsulate Protezione meccanica e agli agenti atmosferici Isolamento elettrico Supporto strutturale Caratteristiche richieste Stabilità ai raggi ultravioletti Tolleranza alle temperature Capacità di smaltire il calore 14

agenti atmosferici Isolamento elettrico Supporto strutturale Caratteristiche richieste

15 GLI ALTRI COMPONENTI Struttura Inverter fotovoltaico Cavi 15

16 Il conto energia Produrre energia pulita per la propria casa 16

17 Uno sguardo al futuro Celle fotovoltaiche senza silicio Un gruppo di ricercatori dell Istituto Tecnologico del New Jersey, ha sviluppato una cella fotovoltaica economica e facile da usare che non impiega silicio. E grazie ai nanotubi di carbonio di cui è costituita, potrebbe essere disegnata o stampata su pannelli di plastica flessibili. Sviluppare celle solari organiche dai polimeri è un alternativa economica e semplice, afferma Somenath Mitra lo scienziato che guida il progetto. Per fabbricare le celle solari convenzionali, ovvero le unità di base dei pannelli Immagine di un nanotubo fotovoltaici, è indispensabile avere silicio altamente purificato, ottenuto con un processo che è molto costoso in termini di energia richiesta per la purificazione. Le celle solari sviluppate dai ricercatori del New Jersey usano nanotubi a parete singola e di forma cilindrica combinati con altri a struttura ultrafine, volte più piccola di un capello, detti fullereni. 17

Sviluppare celle solari organiche dai polimeri è un alternativa economica e semplice, afferma Somenath Mitra lo scienziato che guida il progetto.

18 Grazie per l attenzione

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