Energia dal Sole. Laboratorio di Fisica. in collaborazione con il Liceo Scientifico Leonardo da Vinci Genova - 20 novembre 2009

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1 Energia dal Sole Progetto Lauree Scientifiche 29 Dipartimento di Fisica Università di Genova Laboratorio di Fisica in collaborazione con il Liceo Scientifico Leonardo da Vinci Genova - 2 novembre 29 Bruno Cottalasso Laura Faè Mariarosa Ferrando Edgardo Smerieri Cella fotovoltaica La cella grezza risulta molto fragile. Commercialmente l aspetto è diverso per la presenza di una struttura di protezione costituita da due vetri e da una cornice da cui escono due fili 2

2 Cella fotovoltaica Utilizzata per le misure effettuate nel giugno 27 Da utilizzare per le misure del corso di novembre 29 3 Come funziona? Semplificando possiamo dire che la cella fotovoltaica è costituita da due strati di materiale semiconduttore P e N tra cui si stabilisce una differenza di potenziale ogni qual volta la cella è illuminata. Collegando un carico esso sarà attraversato da una corrente elettrica.

3 Rilievo della caratteristica V-I di una cella fotovoltaica 5 Circuito di misura Luce CELLA FOTOVOLTAICA Il valore della resistenza variabile da usare nell esperienza dipende dalle condizioni di luce. Resistenza da 1 kω in presenza di sole Resistenza da 1 o 5 kω con luce artificiale Resistenza variabile 6

4 La misura Una volta montato il circuito 1. Si espone la cella alla luce solare 2. Si varia la resistenza di carico e per ogni valore: si misura la tensione ai capi della cella si misura la corrente nella resistenza di carico 3. La misura può essere ripetuta in condizioni di luminosità differente con cielo sereno o coperto ad ore differenti della giornata in stagioni diverse a latitudini diverse Se la misura è eseguita all interno del laboratorio si usa una fonte di luce artificiale si può ripetere la misura con lampade di diversa intensità luminosa, di diversa natura e colore 7 Elaborazione dei dati Grafico della corrente in funzione della tensione per ottenere la curva caratteristica della cella fotovoltaica Calcolo della potenza erogata dalla cella e dissipata sulla resistenza di carico Grafico della: potenza in funzione della corrente potenza in funzione della tensione potenza in funzione della resistenza di carico 8

5 Caratteristiche della cella fotovoltaica La cella fotovoltaica utilizzata nell esperienza è il modello MSX-1 della Solarex MEGA Dal data sheet fornito dal costruttore risulta che: La tensione a circuito aperto è V ca = 1.3 V La corrente massima di cortocircuito è I cc = 16 ma Nota: Le misure che vengono utilizzate come esempio per costruire i grafici sono state effettuate: - il giorno 11 Novembre 29 alle ore 12 con cielo sereno (presso il Liceo Leonardo da Vinci di Genova) - il giorno 19 Giugno 27 alle ore 14 con cielo sereno (presso il centro IMG dell Università di Genova) - il giorno 21 Giugno 27 alle ore 18 con cielo nuvoloso (presso il centro IMG dell Università di Genova) 9 Caratteristica V-I Cella fotovoltaica Solarex MEGA modello MSX Corrente [ma] Corrente di cortocircuito 4 Tensione a vuoto Tensione [V] 1

6 Grafico Potenza-Corrente Cella fotovoltaica Solarex MEGA modello MSX Potenza [mw] Corrente [ma] 11 Grafico Potenza-Tensione Cella fotovoltaica Solarex MEGA modello MSX Potenza [mw] Tensione [V] 12

7 Massimo trasferimento di potenza Esiste una condizione ottimale del valore della resistenza di carico per avere il massimo trasferimento di potenza Nel nostro caso la potenza massima è di 897 mw relativa a una resistenza ottimale che ha il valore di circa 73 Ω una tensione di 8.1 V una corrente di 11.6 ma La resistenza equivalente interna della cella non è costante ma varia con la corrente erogata 13 Grafico Potenza-Resistenza di carico Cella fotovoltaica Solarex MEGA modello MSX Potenza [mw] Resistenza [ohm] 14

8 Quando non c è il sole.. in laboratorio Si possono usare vari tipi di lampade che forniscano una luce uniforme. Sono riportati i grafici con cui sono messe a confronto le caratteristiche V-I della cella per la luce solare, per quella prodotta da una lampada alogena e da una lampada a LED Cella fotovoltaica Resistenza variabile 15 Diverse sorgenti di luce Confronto 125 Sole cielo sereno in Novembre 1 Corrente [ma] Alogena 5W a 3 cm LED 2.5 W a 3 cm Tensione [V ] 16

9 E ora un altro pannello solare per un confronto cielo sereno cielo coperto Misure effettuate nel giugno 27 Il funzionamento di una cella fotovoltaica è fortemente influenzato dalla intensità luminosa della sorgente Dall esame della caratteristica voltamperometrica si può notare che in differenti condizioni di luce la tensione a vuoto risulta quasi la stessa la corrente di cortocircuito cambia notevolmente 17 Altra cella fotovoltaica Confronto sereno-coperto Corrente in funzione della tensione 7 6 Con cielo sereno 5 Corrente [ma] Corrente di cortocircuito Con cielo coperto Tensione a vuoto Tensione [V] 18

10 Altra cella fotovoltaica Confronto sereno-coperto Potenza in funzione della resistenza di carico 8, 7, 6, Potenza [mw] 5, 4, 3, 2, Con cielo sereno Con cielo coperto 1,, Resistenza esterna 19 Altro pannello solare Confronto sereno-coperto Potenza in funzione della tensione 8 7 Con cielo sereno 6 Potenza [mw] Con cielo coperto Tensione [V] 2

11 Confronto sul trasferimento di potenza I due grafici mettono a confronto la cella fotovoltaica in due situazioni di luce alquanto differenti Esiste sempre una condizione ottimale del valore della resistenza di carico per avere il massimo trasferimento di potenza La resistenza ottimale nel caso di cielo sereno ha un valore differente dal caso di cielo nuvoloso 21 Il gruppo fotovoltaico vi augura buon lavoro 22

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