Capire Pannelli Fotovoltaici

Silicio amorfo - informazioni

2011-02-24T01:24:00.016+01:00

Il silicio amorfo (a-Si) è una forma allotropica non cristallina di Silicio.
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Allotropia:
proprietà di una sostanza di esistere in forme diverse specificatamente alla struttura del legame fisico esistente tra atomi dello stesso tipo (silicio cristallino,amorfo).
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Come si forma il Silicio amorfo?

Gli atomi di silicio hanno 4 elettroni di valenza, e tendono a formare legami covalenti di tipo tetraedrico legandosi con altri quattro atomi di silicio confinanti; nella formazione di silicio amorfo, diversi atomi iniziano a legarsi con i confinanti e, quando un insieme di atomi lega con altri insiemi di atomi venutesi a formare nel contempo, sulla superficie di questi nuovi gruppi di insiemi di atomi, resteranno alcuni legami disponibili, questi elettroni di valenza non hanno possibilità di legarsi ad altri elettroni di valenza a causa della natura disordinata del materiale (Silicio amorfo) che si sta venendo a formare.

Tali legami disponibili sono effettivamente dei difetti (da qui il nome amorfo) nella costituzione della struttura tetraedrica, e lasciano, a livello microscopico, delle buche (non intese nel senso di lacune) nel materiale e quindi si genera un reticolo disordinato, che comprometterà in parte, il rendimento della cella fotovoltaica che si verrà a creare, oltre a ridurne la densità atomica (ma questo fatto è molto meno rilevante).

Com'è costituito un modulo in Silicio amorfo?

Il modulo in silicio amorfo ha avuto una continua evoluzione nel corso degli anni, passando dalla copia scadente(+ economica) del modulo in silicio cristallino, ad un vero e proprio prodotto con caratteristiche che gli permettono di concorrere ai suoi "cugini cristallini".

Il modulo in silicio cristallino si presenta sul mercato odierno principalmente come modulo a film sottile, con colorazione omogenea tendente al nero, o semitrasparente, uno spessore complessivo di pochi millimetri, e con le qualità di essere molto leggero e flessibile.

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Film sottile:
materiale con uno spessore compreso tra alcune frazioni di nanometri ad alcuni micron.
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Il tipico modulo in silicio amorfo viene costituito colando strati di diverso materiale su un supporto plastico o di vetro:

-Il primo strato che che viene colato sul vetro è costituito da SnO2, materiale che lascia passare la radiazione solare, e su questo viene posto il primo contatto;

-Il secondo strato è lo quello positivo(+) formato da una lega di silicio amorfo-carbonio ed ha uno spessore nell'ordine dei nanometri, tale lega viene drogata al boro, il carbonio ne aumenta la trasparenza, come verrà spiegato nel seguito del capitolo;

-Il terzo strato è formato da silicio amorfo idrogenato (a-Si:H), l'idrogeno ha l'effetto di aumentare l'efficienza della cella;

-Il quarto strato è lo strato negativo(-) e viene drogato al fosforo;

-Il quinto strato è formato da ZnO e funge sia da collettore di cariche che da riflettore posteriore con la funzione di recuperare parte della radiazione, su questo strato viene posto il secondo contatto in alluminio(Al) o in argento (Ag).

- il sesto ed ultimo strato serve per ridurre la riflettanza tra aria e verto del modulo ed è costituito da un leggero strato di fluoruro di magnesio (MgF2).

Silicio amorfo idrogenato (a-Si:H):

Per migliorare notevolmente la struttura del silicio amorfo e di conseguenza il rendimento della futura cella fotovoltaica, esiste una tecnica che rende più ordinato il suo reticolo. Tale tecnica, detta passivazione, consiste nel legare gli elettroni di valenza degli atomi di silicio rimasti disponibili, con atomi di idrogeno, riducendo di parecchi ordini di grandezza il numero di legami ancora liberi, e quindi riducendo il numero di difetti della struttura del silicio a una quantità sufficientemente piccola da essere ininfluente, in termini di efficienza, al suo futuro impiego da cella fotovoltaica.

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Passivazione:

tecnica che consiste nella formazione di uno strato ossidato che aderisce perfettamente sulla superficie del materiale a contatto con l'aria e che ne impedisce una successiva ossidazione, ostacolando al tempo stesso l'ulteriore propagarsi dello strato di ossido.

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Sembrerebbe si sia giunti ad un'ottima soluzione, visto:
- i bassi costi per la realizzazione di lotti di materiale di silicio amorfo;
- la passivazione per rendere il silicio amorfo efficientemente simile al silicio cristallino;

Purtroppo il silicio amorfo idrogenato presenta il difetto di essere sensibile alla luce, e una volta sottoposto a questa, è soggetto a una repentina degradazione di fotoconducibilità e di conduzione spettrale (effetto Staebler-Wronski). Tutto ciò determina una continua riduzione del rendimento della cella fotovoltaica, dichiarata dai produttori pari a circa il 10% nelle prime 300-400 ore di esposizione.

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L'effetto Staebler-Wronski:
consiste nella riduzione della conducibilità di buio e della fotoconducibilità spettrale della superficie di una cella in silicio amorfo, dopo che in questa si sono create coppie elettrone-lacuna dovute all'irradiazione solare.

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Carburo di silicio amorfo (a-Si1-xCx:H):

Il Carburo di silicio amorfo è costituito da Leghe amorfe di carbonio e silicio. Il principale vantaggio di queste leghe è l’aumento del gap tra banda di conduzione e banda di valenza in proporzione alla concentrazione del carbonio nella lega, a questo aumento consegue un aumento dell’efficienza del pannello fotovoltaico realizzato con questo materiale. Il secondo vantaggio è che i film sottili realizzati, sono semitrasparenti o trasparenti alla luce visibile, e quindi possono essere utilizzati per maggiori applicazioni o in svariati posti. Il punto a sfavore della lega tra carbonio e silicio, è che le proprietà elettroniche sono inversamente proporzionali alla quantità di carbonio presente nella lega.

Silicio Cristallino VS Silicio Amorfo

2011-02-04T01:02:00.006+01:00

policristallino-monocristallino-amorfo

Che differenza esiste tra silicio monocristallino, policristallino e amorfo e quali sono le loro caratteristiche?
Ai fini fotovoltaici quali sono le differenze?
Rende di più una cella a silicio monocristallino, policristallino o l’amorfo?
Quale tecnologia costa di più?
Quale ha un minor impatto ambientale?
Quale ha una maggior durata nel tempo?

Sono domande che meritano un’attenta risposta.
In prima approssimazione si possono definire:

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.
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Cos'è un cristallo?
è un oggetto solido costituito da atomi, molecole o ioni aventi una disposizione geometricamente regolare, che si ripete indefinitamente nelle tre dimensioni spaziali, detta reticolo cristallino o reticolo di Bravais. “fonte Wikipedia”.
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Per andare più a fondo bisogna analizzare i vari aspetti delle diverse tecnologie e i diversi fattori di cui dover tener conto, quali il tipo di utilizzo, la posizione, l’ambiente e via dicendo: Su una cosa si può far da subito un paragone, ossia sul prezzo:

I prezzi medi attuali del fotovoltaico sono:

€ 2,59/W silicio monocristallino;
€ 2,55/W silicio policristallino;
€ 1,89/W silicio amorfo.

(I prezzi sono in riferimento ad ogni Watt prodotto in condizioni standard, per quantitativi di grosse dimensioni i prezzi saranno minori)

Va fatta una puntualizzazione sul silicio amorfo, questo nel corso del primo anno perde circa il 20% dell’efficienza, quindi facendo un calcolo per lunga durata avrà un prezzo di:

€ 2,36/W silicio amorfo. (è stato detratto il 20% d'efficienza)
Per spiegare al meglio le svariate argomentazioni che riguardando questi tre tipi di tecnologie, il contesto è stato suddiviso in 3 diversi capitoli:

-silicio monocristallino (pagina in costruzione)
-silicio policristallino (pagina in costruzione)
-silicio amorfo (pagina in costruzione)
-->informazioni
-->vantaggi/svantaggi(pagina in costruzione)

Informazioni batterie

2009-12-10T17:28:00.019+01:00

Da cosa è costituita una batteria?

una batteria è costituita da celle in serie, ogni cella è composta al suo interno da tre elementi:

-2 piastre (anodo-catodo);

-un liquido elettrolita.

-coppia di piastre:
le piastre sono costituite da ossido di piombo, reso molto poroso per favorire la reazione elettrochimica.
-liquido elettrolita:
la cella viene riempita di liquido elettrolita nelle dosi di una parte di acido solforico e cinque parti di acqua distillata, fino a coprire le due piastre.

La cella viene poi caricata applicando tensione sulle due piastre causandone la riduzione di una e l'ossidazione dell'altra.

Osservazione: nella quasi totalità delle batterie non si utilizza più solo il piombo ma si aggiungono altri materiali, come ad esempio il calco in quelle di buona qualità come quella mostrata sopra, questo accorgimento serve per ridurre l'autoscarica, la tendenza alla solfatazione, e ad aumentare i cicli di vita della batteria.

Quali caratteristiche deve avere una buona batteria?
-capacità di assorbimento ed erogazione di corrente in grandi e piccole quantità;
-lunga durata di vita nel funzionamento ciclico (carica/scarica);
-elevata capacità (potenza cumulabile);
-bassa manutenzione;
-buon rapporto prezzo/Ah.

Per i pannelli fotovoltaici le batterie più idonee sono le batterie al piombo, per il loro alto rendimento nella carica/scarica e per il rapporto prezzo/Ah.

Fasi di carica della batteria:

ecco le soluzioni che si creano sugli elettrodi della batteria nelle fasi di carica:

-batteria carica:

piastra + --> perossido di piombo (PbO2);
piastra - --> acido solforico diluito - elettrolita --> acido solforico diluito.

-batteria scarica:
piastra + --> solfato di piombo - elettrolita --> acqua acidula;
piastra - --> solfato di piombo - elettrolita --> acqua acidula;

-batteria sovraccarica:
si formano ossigeno ed idrogeno in prossimità degli elettrodi, la cui miscela è esplosiva!
per pervenire a questo pericolo si adottano i regolatori di carica, che interrompono la carica della batteria quando raggiunge un determinato voltaggio, bloccando cosi la sovraccarica.

-eccesso di scarica:
altro problema della batteria è l'eccesso di scarica, che determina la solfatazione delle piastre, anche questo problema viene scongiurato dal regolatore che interromperà la corrente nell'istante in cui la tensione scende sotto una certa soglia minima.

Accumulatori per fotovoltaico

2009-12-10T17:11:00.016+01:00

Nei piccoli impianti fotovoltaici per uso privato, quando si è scolegati dalla rete, l'energia prodotta viene immagazzinata in apposite batterie, per essere disponibile nelle ore in cui l'insolazione è assente o non è sufficiente.

Le batterie sono spesso la parte debole di un impianto, in quanto sono quelle che necessitano di maggior manutenzione, ed hanno i maggior problemi per quanto riguarda il rendimento nel corso del tempo.

Argomenti correlati:

Informazioni batterie:

-come è costituita una batteria;

-caratteristiche di una buona batteria;

-fasi di carica di una batteria;

Dati tecnici batterie:

-unità di misura di una batteria;"una precisazione: l'uso improprio del termine batteria viene attribuito al fatto che una batteria è composta da una serie di celle, o in altro modo, da una batteria di celle, ma il nome appropriato è accumulatore, o in modo più completo batteria di accumulatori da qui nasce il termine di uso comune batteria"

Dati tecnici delle batterie

2009-12-10T08:53:00.054+01:00

unità di misura delle batterie:

-tensione [V]--> le più comuni sono da: 6, 12 , 24 V;
-capacità [Ah] --> è un modo per classificare la potenza di una batteria (Ah che riesce a fornire);
-corrente di spunto [A] --> massima corrente erogabile da una batteria per una quantità limitata di tempo;
-tipo --> standard, sigillate, a gel, senza manutenzione, ..

Attenzione!
la capacità della batteria è classificata come la quantità di Ah che la batteria è in grado di fornire (o di accumulare);
È equivoco comune pensare che si possa alimentare un carico di una potenza pari alla capacità della batteria moltiplicata per la tensione per la durata di un'ora, ma in realtà una comune batteria è in grado di fornire in modo continuativo al massimo una corrente pari al 10% della sua capacità. ecco un piccolo esempio per chiarire il concetto:
capacità: 50Ah;
tensione: 12 V.
E = VxAh = 600Wh --> la batteria è in grado di alimentare un carico da 600 W per un'ora ERRATO!

La massima energia che è in grado di fornire è di 10 volte inferiore, nel nostro caso è in grado di fornire al massimo 5Ah e quindi:
E=VxAh = 60Wh ossia una potenza istantanea P = 60 W

la batteria se completamente carica è in grado di fornire questa energia per 10 ore continuative:
60Whx10h = 600Wh (energia totale contenuta nella batteria)

Il non poter fornire 50Ah non è legato a una questione di portata, ma è un limite fisico della batteria stessa, che non è in grado di supportare una cosi elevata corrente di scarica.

Per precisazione, nel caso contrario, ossia di correnti di scarica molto piccole, si dovrà tenere conto dell'autoscarica della batteria, che a quel punto diventerebbe grande forma di consumo in rapporto all'energia richiesta, ponendo un limite all'energia disponibile nel tempo.testo

Dal silicio al modulo fotovoltaico

2009-11-18T11:54:00.023+01:00

Analizziamo come viene realizzato il più conosciuto pannello fotovoltaico, ossia quello al silicio: come abbiam detto, il silicio è uno degli elementi più diffusi sulla terra ma non allo stato puro, quindi deve essere elaborato per eliminare tutte le impurezze presenti e ricostruita la sua struttura molecolare, è proprio questo processo che determina l'alto costo dei moduli fotovoltaici.

Le strutture molecolari possono esssere:

-monocristallina --> costituito da un unico cristallo;

-policristallina --> gli atomi si aggregano + cristalli, in modo disordinato;

-amorfa --> gli atomi si orientano in modo del tutto casuale.

produzione della cella:

Il silicio viene fuso in un forno ad alta temperatura e si ottengono dei lingotti, che vengono tagliati a fette, dette wafer, dallo spessore di qualche decimo di millimetro.

Dai wafer ottenuti vengono poi ritagliate a laser le celle.

La cella per essere resa sensibile alla luce del sole e in grado di trasformare i fotoni della luce in cariche elettriche deve essere sottoposta a 3 fasi lavorative:

-texturing;

-drogaggio;

-contattatura;

texturing:

la cella viene sottoposta a un bagno chimico in una soluzione basica, che serve per ravvivare la sua superficie, trasformandola da liscia (riflettente), a composita con una struttura a micropiramidi, con lo scopo di catturare completamente la luce del sole riducendo la riflessione dei raggi solari a un valore inferiore al 4%

drogaggio:

La cella viene poi drogata positivamente P (respinge elettroni) sul lato inferiore e negativamente N (attira elettroni) sul lato posto al sole, in modo da creare una differenza di potenziale, e quindi un campo elettrico utile al movimento di elettroni.

la giunzione p-n viene effettuata per effetto della diffusione termica in un forno alla temperatura superiore ai 1000°C, e in un'atmosfera inerte di azoto; durante questa fase viene depositato sulla cella uno strato di fosforo, con concentrazione e profondità stabilite.

contattatura:

dopodichè con un processo di serigrafia alle celle viene applicata una pasta d'argento sul fronte della cella, e di alluminio sul retro, che creano una specie di griglia superficiale; quando i fotoni del sole spezzano i legami tra gli atomi di silicio, gli elettroni liberi seguono il campo elettrico che viene incanalato in tali griglie generando corrente elettrica.

A questo punto la cella è pronta.La cella così realizzata, viene sottoposta a dei test di qualità, dove si analizzano i suoi dati elettrici, in base a questi dati viene classificata.

Inizia il processo di assemblamento dei moduli:

nella creazione di un modulo fotovoltaico vengono selezionate soltanto celle della stessa classe, perché se fosse presente anche una sola cella con rendimento inferiore, farebbe da collo di bottiglia all'impianto, limitando la potenza in uscita e quindi compromettendone l'efficienza.

produzione di un modulo:

anche per la realizzazione del modulo fotovoltaico si possono distinguere tre fasi principali:

-saldatura;

-assemblaggio;

-incorniciatura.

saldatura:

sul fronte di ogni cella viene saldata una bandella di rame con deposito di piombo-stagno, le celle vengono successivamente posizionate su una maschera e saldate tra loro in una serie, le cui estremità si ricavano le polarità positivo/negativo, alle quali verrà collegato il circuito, o il successivo modulo.

assemblaggio:

vengono poi assemblate con etilene vinil acetato, e successivamente laminate a caldo e sottovuoto spinto, mediante un laminato di vetro temperato ad alta trasmittanza che funge da protezione.

incorniciatura:

infine ai moduli si appilica una cornice di alluminio anodizzato di supporto.

Il modulo fotovoltaico è completo!

fotovoltaico di terza generazione

2009-11-09T20:36:00.017+01:00

Nelle celle fotovoltaiche di prima e seconda generazione si riesce a convertire solo la fascia dello spettro solare a cui è sensibile il silicio, ossia nel dettaglio:

-blu --> sensibile in parte;

-verde-giallo --> particolarmente sensibile;

-rosso --> poso sensibile;

-infrarosso --> non sensibile.

Più della metà dello spettro solare non viene convertita e quindi la sua energia viene dispersa.

Con la terza generazione del fotovoltaico ci si sta spingendo oltre, il tentativo è quello di acquisire tutto lo spettro solare, e non solo la fascia di energia solare a cui è sensibile un singolo materiale.

Il principio è teoricamente di semplice comprensione: utilizzare vari materiali in modo da catturare le diverse fasce dello spettro solare.

Per ottenere questo risultato sono in fase di studio 2 metodi in particolare:

-il beam splitting (frazionamento del fascio)
Questo metodo consiste nel dividere lo spettro solare nelle varie frequenze grazie ad un prisma di vetro, e sparare le varie bande di frequenza (colori dello spettro) sulle celle fotovoltaiche di diversi materiali.

Per ora è solo in fase sperimentale, ma si è già riusciti a raggiungere un'efficienza del 30 % in laboratorio, dividendo lo spettro e direzionandolo su tre diverse celle:

-rosso --> germanio

-giallo-verde --> silicio

-blu-violetto --> arseniuro di gallio

A livello teorico il beam splitting può raggiungere un'efficienza superiore al 60%, ma per ora i costi produttivi sembrano troppo alti per essere ripagati dall' alta efficienza di queste celle.-le celle multigiunzione:

Quest'altro metodo consiste teoricamente nel sovrapporre più strati di film sottile di diversi materiali, di modo che ogni strato catturi una parte della radiazione incidente, sfruttando cosi tutto lo spettro solare.

A livello teorico si può raggiungere un rendimento dell' 86,8% (Green, 2002), in laboratorio per ragioni tecnologiche si è arrivati ad un rendimento massimo dell'41,1% riuscendo a sovrapporre tre strati di materiali diversi a film sottile in una cella a giunzione tripla, costituita da fosfuro di indio gallio, arseniuro di gallio-indio e substrato di germanio. Ovviamente per ora resta tutto in fase sperimentale con tutte le problematiche del caso.

Questi sono i limiti che si stanno cercando di infrangere dalle celle fotovoltaiche di terza generazione.

fotovoltaico di seconda generazione

2009-11-09T14:53:00.009+01:00

Con l'utilizzo di materiali semiconduttori microcristalli quali:

-silicio amorfo idrogenato;

-tellururo di cadmio;

-solfuro di cadmio;

-diseleniuro di indio e rame..

si ottengono celle fotovoltaiche microcristalline a film sottile, che vengono applicate su sostegni (vetro, plastica, ecc..).

Questi moduli hanno un'efficienza del 10%, ed è la tecnologia che sta prendendo piede in questo periodo, perchè si riescoo a produrre con un processo quasi completamente automatizzato,ed il costo dei materiali è pressochè irrilevante.

Nonostante l'efficienza sia leggermente inferiore rispetto a quelli di prima generazione, questi pannelli sono molto importanti perchè possono riuscire ad essere competitivi con le altre energie grazie ai costi minori, il loro difetto odierno è di dover occupare una superficie maggiore a seguito della loro minor efficienza. Ma in laboratorio si è già arrivati ad ottenere un' efficienza del 15%, anche se prima di vederli inseriti in una realtà commerciale, bisognerà attenderne l'industrializzare, che per ora comporta costi troppo elevati.

Quindi tali pannelli sembrano una soluzione migliore rispetto a quelli di prima generazione, ma resta anche un altro problema da risolvere, ossia all'inquinamento dei materiali, infatti, ad eccezione del silicio amorfo, gli altri materiali presentano caratteristiche di tossicità, che comportano ovvie problematiche sullo smaltimento a cessato utilizzo, oltre che alle varie precauzioni da applicare per la messa in sicurezza durante il loro periodo di attività. Tutto ciò comporta inoltre un ulteriore innalzamento dei costi.

fotovoltaico di prima generazione

2009-11-09T09:06:00.011+01:00

Il fotovoltaico di prima generazione è caratterizzato da celle fotovoltaiche di silicio monocristallino o policristallino, con efficienza che può variare dal 12 al 17%.

Questo genere di impianti è quello di maggior impiego, sia in impianti collocati su edifici civili ed industriali, sia in veri impianti di produzione energetica. Il suo largo utilizzo è merito della ormai consolidata tecnologia che, negli anni, ha permesso una parziale industrializzazione degli impianti produttivi, riducendo in modo continuativo i costi di produzione, anche grazie al costante ingrandimento del mercato(reazione a catena), inoltre l'alta reperibilità dei materiali permette di avere costi contenuti. Nonostante ciò il costo all'incirca di 4-5 €/Wp, é ancora troppo elevato per essere competitivo, ma grazie agli incentivi statali attualmente promossi dallo stato, si ha un rientro delle spese nell'arco di 10 anni, e quindi un guadagno per il restante arco di vita dell'impianto (stimato sui 20 anni).

In fase sperimentale, si stanno studiando moduli ad alta efficienza, che sono già stati realizzati in laboratorio e riescono a raggiungere un'efficienza del 20%, ma per ora non sono commercializzabili per gli alti costi di produzione, causati dalle complicazioni tecnologiche.

Quindi attualmente il fotovoltaico di prima generazione, non è in grado di essere competitivo con le altri fonti energetiche, se non grazie agli incentivi statali.

dati tecnici di un pannello fotovoltaico

2009-09-09T11:20:00.030+02:00

Quando si acquista un pannello fotovoltaico è essenziale comprendere il significato dei suoi dati di targa:

Secondo la norma CEI EN 50380 "Fogli informativi e dati di targa per moduli fotovoltaici" ogni pannello fotovoltaico deve essere correlato dei seguenti dati di targa:

•Pmp [Wp] potenza nominale del pannello fotovoltaico (massima potenza ottenibile);

•Voc [V] tensione di circuito aperto (massima tensione ottenibile);
•Vmp [V] tensione d'esercizio ottimale (in condizioni normali d'esercizio);
•Isc [A] corrente di cortocircuito (massima corrente ottenibile);
•Imp [A] corrente di esercizio ottimale (in condizioni normali d'esercizio);
•coefficienti standar di riferimento: temperatura = 25°C, radiazione = 1000W/mq, massa d'aria = 1,5 AM.altri dati che si possono trovare su un pannello fotovoltaico sono:

•Module efficiency: efficienza con cui il pannello converte l'energia solare in energia elettrica
•Cell efficiency: efficienza con cui la singola cella fotovoltaica converte l'energia solare in energia elettrica. Deve essere maggiore del module efficiency (collegamenti serie/parallelo --> perdite)
•Power tollerance: scostamento massimo della potenza effettiva rispetto a quella nominale.
•Maximum system voltage: tensione massima tollerata dal pannello fotovoltaico.
•Dimensioni [mm] dimensioni del pannello e delle celle fotovoltaiche;
•Peso [Kg] peso dell'intero pannello fotovoltaico;
•Prezzo [€] prezzo del pannelo;
•Garanzia;
•Certificazioni.

clicca sull'immagine per ingrandire

il nostro primo impianto fotovoltaico

2009-09-07T19:02:00.048+02:00

In molti sarà grande la curiosità e la soddisfazione nel vedere accendersi anche una semplice lampadina grazie all'energia del sole, senza l'intenzione di acquistare un intero impianto fotovoltaico da montare sul tetto ma utilizzando solo un piccolo pannello fotovoltaico a tutti accessibile senza investimenti e costi esagerati. Ma subito sorgono domande del tipo..

►-come faccio ad utilizzare un pannello fotovoltaico?
►-come arrivo all'elettricità partendo dal sole?
►-come faccio a caricare una batteria con un pannello fotovoltaico?
►-cosa mi serve oltre al pannello fotovoltaico?
►-come immagazzino l'energia?

con questo post daremo risposta tutte queste domande!

Iniziamo col definire gli obbiettivi del nostro impianto:

»-immagazzinare energia in una batteria a 12 V;

»-utilizzare energia per l'alimentazione di un carico (lampadina) a 12 V.

Il nostro impianto sarà costituito da un pannello fotovoltaico, una batteria, un regolatore di carica con lo scopo di regolare la tensione del pannello, in modo da poter caricare la batteria, ed inoltre per evitare che sia la batteria a fornire energia al pannello nel momento in cui questo si trova in oscurità(surriscaldandolo), infine l'impianto sarà composto da una lampadina e da un interruttore che avrà la funzione di on/off della lampadina (che altrimenti resterebbe accesa durante la giornata, rischiando di restare al buio nel momento in cui ne abbiam bisogno).

Componenti necessari per realizzare il nostro impianto:

╔═══════════════════════════════════════════════════════════╗

Pannello fotovoltaico:

-silicio monocristallino

-10 P [Wp]

-21 Voc [V]

-16 Vmp [V]

-0,66 Isc [A]

-0,59 Imp [A]

-310x368x18 [mm3]

-peso= 1,5 [Kg]

-prezzo= 88 [€]

per chiarimenti sui dati di targa del pannello rimando a questo post:

dati tecnici

╚═══════════════════════════════════════════════════════════╝

╔═══════════════════════════════════════════════════════════╗

Regolatore di carica:

-Tensione nominale= 12 V

-Corrente di carica= 5 A

-Tensione di float= 13,6 V

-Disconnessione basso voltaggio = 11,1 V

-Disconnessione basso voltaggio = 12,6 V

-Tensione di equalizzazione = 14,6 V

-Peso = 144 g

-Prezzo = 23 €

╚═══════════════════════════════════════════════════════════╝

╔═══════════════════════════════════════════════════════════╗

Batteria:

-Batteria ermetica AGM

-Tensione 12V

-Capacità = 9,5Ah

-Temperatura ammissibile -60°/+60°

-Dimensioni = 151x65x95 mm

-Peso = 2,8 Kg

-Prezzo = 30€

╚═══════════════════════════════════════════════════════════╝

╔═══════════════════════════════════════════════════════════╗

Lampadina:

-Lampada al neon basso consumo

-Tensione = 12 V

-Potenza = 11 W (pari a 33 w lampada ad incandescenza)

-Prezzo = 8,00 €

╚═══════════════════════════════════════════════════════════╝

╔═══════════════════════════════════════════════════════════╗

Interruttore:

-Tensione 12/24V

-Corrente max: 10A
-Prezzo: 2,00 €

╚═══════════════════════════════════════════════════════════╝

Schema elettrico:

Qui di seguito lo schema elettrico che illustra come collegare tra loro i vari componenti del nostro impianto fotovoltaico.

clicca sull'immagine per ingrandirla

Calcoliamo le energie in gioco dei vari componenti:

Batteria:

Tensione: 12V

Capacità: 9,5Ah

Energia cumulabile: 12V*9,5Ah= 114Wh

Pannello fotovoltaico:

Potenza: 10Wp

In un'ora in uscita del pannello fotovoltaico si hanno 10Wh

Lampadina:

consuma un'energia pari a 11Wh

Non ci resta altro da fare, che definire se il nostro impianto è ben dimensionato per i nostri obbiettivi.Calcoliamo quanta energia il nostro pannello fotovoltaico riesce a fornire mediamente alla batteria nell'arco di una giornata una giornata:

Bisogna innanzitutto sapere quante ore utili di sole abbiamo in una settimana.

Ipotesi:

-supponiamo che ogni giorno ci siano 8 ore di pieno sole;

-supponiamo che ogni settimana siano presenti 2 giorni di cielo coperto.

quindi in una settimana ci saranno 8[ore]*5[giorni]= 40 ore di sole.

Il nostro pannello fotovoltaico in una settimana trasformerà 10Wh*40h = 400Wh d'energia solare in energia elettrica.

L'energia media che accumuleremo nella batteria ogni giorno sarà di:

400Wh/7(giorni)= 57Wh

Essendo la nostra batteria in grado di accumulare 114 Wh l'impianto sembra ben dimensionato.

Ora che abbiamo fatto chiarezza sulle energie in gioco calcoliamo per quante ore al giorno potremo tenere accesa la lampadina:

Sapendo che lampadina consuma un'energia pari a 11 Wh:

57Wh/11Wh= 5 ore.

Con questo impianto riusciremo a tenere accesa mediamente una lampadina da 11W per 5 ore al giorno.

Costo totale impianto: 88+23+29+8+2=150 €

Irraggiamento solare

2009-07-11T11:25:00.022+02:00

Il Sole contiene Idrogeno e la fusione di tale elemento genera energia elettromagnetica (radiazione solare):

L'intensità della radiazione solare al di fuori dell'atmosfera è pari a 1367 W/m2 <-- costante solare.

Per sapere la radiazione solare della tua città in ogni mese dell'anno (con cielo limpido) clicca qui:

radiazione mensile

La radiazione solare che raggiunge il suolo è attenuata dall'atmosfera a causa delle molecole che la compongono, che possono essere principalmente vapore acqueo (caso limite: nubi), polveri, aerosol e qualsiasi sostanza si trova in atmosfera.

La radiazione solare globale si divide in:

La radiazione diffusa --> viene misurata su un piano orizzontale ed è la parte di radiazione solare che arriva sulla terra non direttamente dal Sole ma per effetto dell’atmosfera (gas, nubi, ecc.);
La radiazione diretta --> è la parte della radiazione proveniente direttamente dal Sole;
La radiazione riflessa --> è la parte della radiazione solare che viene riflessa da una superficie .

La lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica proveniente dal Sole è costituita da:

Onde radio ≥10 cm;
Microonde 10 cm – 1 mm;
Infrarossi 1 mm – 700 nm;
Luce visibile 700 nm – 400 nm;
Ultravioletti 400 nm – 10 nm;
Raggi X 10 nm – 1 pm;
Raggi gamma ≤1 pm,

nello specifico le lunghezze d’onda dello spettro visibile sono:

ROSSO 0,700÷0,645 μm;
ARANCIO 0,645÷0,585 μm;
GIALLO 0,585÷0,575 μm;
VERDE 0,575÷0,490 μm;
AZZURRO 0,490÷0,455 μm;
INDACO 0,455÷0,425 μm;
VIOLETTO 0,425÷0,400 μm.

La zona utile per le celle fotovoltaiche di silicio va dai 0,35 μm (350 nm) fino a tutto l’infrarosso, ossia per lunghezze d'onda dai 0,35 μm ai 1000 μm.

principio di funzionamento

2009-06-30T18:07:00.027+02:00

Di seguito verra spiegato a livello microscopico come si passa dall'energia solare alla corrente elettrica:

Per aiutarci nella spiegazione consideriamo il caso più generale, ossia un pannello fotovoltaico costituito da silicio cristallino:
Il silicio puro è un semiconduttore e contiene 4 elettroni di valenza. Viene drogato, cosicchè si generino buche ed elettroni liberi di muoversi in modo ordinato.Ecco i 2 tipi di drogaggio:

Gruppo 3: silicio di tipo p -->caricato positivamente (boro)

Gruppo 5: silicio di tipo n --> caricato negativamente (fosforo)

__________________________________________________________________
Cos'è un fotone?
E' la particella elementare che forma la luce. Più in generale è un quanto (elemento elementare) del campo elettromagnetico (la luce è solo la parte visibile delle radiazioni elettromagnetiche). La velocità del fotone nello spazio è quella della luce, ossia 300 milioni di m/s.

__________________________________________________________________Quando un fotone del sole colpisce un pezzo di silicio può attraversarlo o essere assorbito.

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Cos'è il band gap?
Gli elettroni di ogni atomo sono distribuiti su bande di energia. (livelli di energia)
Più si è vicini al nucleo, più l'energia dell' elettrone sarà elevata (e quindi occorrerà maggior energià per liberare l'elettrone)
Tra due bande vicine c'è una differenza di energia, tale differenza viene indicata con il termine "band gap" (o energia proibita).

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Ora abbiamo le basi per comprendere il processo di trasformazione dell'energia:

Se l'energia del fotone è superiore al bandgap dell'elettrone di silicio allora gli cede energia, questa fa passare l'elettrone alla banda di conduzione (banda più esterna-->con meno energia di legame) e quindi è libero di muoversi, lascia alle sue spalle una lacuna, si formano coppie elettrone lacuna.
Ora nella cella fotovoltaica ci saranno elettroni liberi che lasceranno alle loro spalle lacune e si muoveranno in modo disordinato.
Per dare un verso (campo elettrico) al moto degli elettroni è necessario drogare il silicio:
Si utilizza la giunzione pn, ossia il silicio viene drogato sui due lati, il lato di tipo n che è quello dove son presenti elettroni con bassa energia di legame sarà esposto al sole, e il lato di tipo p, ricco di lacune, sarà rivolto verso il basso, e attirerà gli elettroni liberi.

Inserendo dei contatti ohmici sui lati p ed n della cella e connettendoli ad un carico, gli
elettroni passeranno in modo continuo(campo elettrico), dal lato p al lato n alimentando il carico.

un po' di storia

2009-06-29T11:56:00.023+02:00

Dal 1839, quando il fisico francese Alexandre Edmond Becquerel, all'età di 19 anni, osservò per la prima volta l'effetto fotoelettrico, iniziarono una serie di scoperte riguardanti la trasformazione dell'energia solare in energia elettrica.

Ecco qui i passi più importanti della storia:

1883: cella solare di selenio e oro, efficienza <1%;
1888: Augusto Righi: prime scoperte sul fotovoltaico;
1905: Albert Einstein e la teoria sull'effetto fotoelettrico (premio Nobel);
1954: si scopre l'efficacia del drogaggio arrivando ad un rendimento del 6%;
1985: celle al silicio con efficienza del 20%;
1991: sviluppo celle fotoelettrochimiche: prima cella solare al colorante;
1996: prima cella fotoelettrochimica con efficienza superiore al 10%;
1999: la produzione mondiale di celle solare supera i 1.000 MW.
Gli ambiti attuali della ricerca per rendere le celle solari più economiche ed efficienti consistono nel:

sviluppare metodi per ottenere silicio sufficientemente puro

ridurre il materiale di scarto

materiali e tecnologie alternative

fotovoltaico nel mondo

2009-02-09T11:09:00.033+01:00

Il fotovoltaico in ambito mondiale sta continuando ad ampliare il suo mercato a passi da gigante, parola ai numeri:

- 45 MWp 1990
- 750 MWp 2000
- 1300 MWp 2oo2
- 4200 MWp 2oo5
- 7900 MWp 2oo7
- 23000 MWp 2010

In Italia si è arrivati ai 226 MWp di potenza fotovoltaica al 25 novembre del 2oo8.
Se verranno mantenute le politiche di incentivazione attuali, si prevede che nel 2015 il fotovoltaico nel mondo arriverà a fornire 180 GWp, pari a 180000 MWp, un gran passo in avanti rispetto ai 45 MWp del 1990.

L'Italia dal canto suo, ha un peso importante in questo progetto, prevedendo, grazie al Piano d'Azione Nazionale, di raggiungere gli 8 GWp entro il 2015 ________________________________________________________

Cos'è un Wp?

Il Wp (watt di picco), si utilizza per indicare la potenza erogata da un pannello fotovoltaico se sottoposto alle condizioni standard di:

- irraggiamento di 1000 W/m2;
- temperatura di cella di 25° C;
- spettro pari a 1,5 AM;

Il MWp (megawatt di picco) non è altro che il Wp moltiplicato per 1'000'000 di volte.
Il GWp (gigawatt di picco) non è altro che il Wp moltiplicato per 1'000'000'000 di volte.
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Da un punto di vista lavorativo, nel 2010 nel settore del fotovoltaico sono occupate 230'000 persone che si prevede raggiungano 1'500'000 unità nel 2015

sempre riferendosi all'Italia secondo il rapporto Ires/Cgil a inizio 2010 sono 6'000 le persone occupate nel settore del fotovoltaico.

radiazione solare mensile in Europa

2008-05-30T11:57:00.017+02:00

Ecco qui il link dove verificare la radiazione solare media presente nella tua città in tutti i mesi dell'anno:

--> radiazione solare mensile <--

I valori indicati corrispondono a Wh/m2/day ossia la radiazione solare che colpisce un metroquadro di pannello fotovoltaico nell'arco di una giornata. se volete trovare la media radiazione oraria basterà dividere per 24 (ovviamente la radiazione solare sarà racchiusa nell'arco delle ora di pieno sole).

Ricordo che il rendimento percentuale dei pannelli fotovoltaici è calcolarto rispetto alla radiazione solare, quindi è molto importante prima di acqistare un impianto farsi un'idea generale di quanto esso possa rendere nel nostro territorio.

Per esempio:
se abbiamo una radiazione solare di 5000 w/m2/day medio giornaliero
un pannello fotovoltaico di 2 m2 con rendimento del 10%
allora otterremo: (5000/0,1)*2=1000 w -->nell'arco della giornata
se vogliamo sapere quanto il pannello abbia reso in media per ogni ora:
1000/24 = 42 w/h

incentivi statali sul fotovoltaico

2008-05-27T10:20:00.013+02:00

Nuovo Decreto conto energia 2oo7

In Italia nasce il programma "Tetti Fotovoltaici" che ha mosso l'ambiente fotovoltaico; per il 2004 erano previste installazioni per complessivi 23 MWp.Il Nuovo Decreto conto energia 2oo7, dichiara le norme da rispettare per poter accedere agli incentivi, e fissa le tariffe da un minimo di 36 ad un massimo di 49 centesimi di euro per kWh prodotto, inoltre si può ottenere un premio aggiuntivo con la certificazione energetica dell'edificio, oppure un aumento fino al 30% per i piccoli impianti che alimentano le utenze di edifici sui quali gli interessati effettuano interventi di risparmio energetico,e un incremento del 5% delle tariffe incentivanti per gli enti locali con popolazione inferiore a 5.000 abitanti.
L'incentivo ha validità fino al raggiungimento della soglia dei 3000 MW entro il 2016.

Ecco qui la copia integrale del decreto:

-- http://www.sviluppoeconomico.gov.it/pdf_upload/documenti/phpV3uYDX.pdf --

il ruolo del silicio

2008-05-24T10:10:00.020+02:00

Il silicio ha come simbolo Si e come numero atomico il 14. Curiosità a non tutti nota: è il secondo elemento per abbondanza nella crosta terrestre dopo l'ossigeno, componendone il 25,7% del peso. Si trova in argilla, feldspato, granito, quarzo e sabbia.

Come utilizzare il silicio:

Il silicio ultrapuro è un semiconduttore e deve essere drogato con arsenico, fosforo, gallio o boro per renderlo più conduttivo e utilizzarlo in pannelli fotovoltaici. Esistono due tipi di drograggio legati al silicio che permettono di dare eccesso di elettroni alla banda di conduzione (semiconduttore di tipo n) o lacune di elettroni alla banda di valenza (semiconduttore di tipo p), permettendo quindi passaggio di corrente elettrica.Il silicio puro e drogato, delineato sulle due facce da conduttori, è quindi la nostra cella fotovoltaica, pronta ad entrare a far parte dei moduli fotovoltaici.

troviamo due tipi di celle in silicio:

silicio amorfo: atomi legati senza ordine

+ economico, - efficienza.

silicio cristallino: gli atomi si legano formando un reticolo tridimensionale ordinato

- economico, + efficienza.

Impianto fotovoltaico

2008-05-20T11:10:00.016+02:00

I pannelli fotovoltaici sono formati da celle, che possono avere diverse forme e dimensioni, ma il principio è sempre lo stesso:

ogni cella è un dispositivo in grado di convertire l'energia solare in energia elettrica mediante l'effetto fotovoltaico e quindi è un vero e proprio generatore di corrente.

Le celle di un impianto fotovoltaico generalmente hanno:

una superficie compresa tra --> S = 100 - 225 mm2;
e un potenza compresa tra --> P = 1,5-2 Wp.

Le celle vengono assemblate e collegate tra di loro in serie e/o in parallelo formano il modulo fotovoltaico. Nel modulo le celle vengono inserite tra due fogli sigillanti di EVA e due lastre di fibra di vetro che hanno la funzione di protezione ed isolamento.

Infine uno o più moduli fotovoltaici, collegati tra loro in serie o in parallelo, uniti alla relative apparecchiature elettroniche vengono a formare un impianto fotovoltaico.
ATTENZIONE! se i moduli sono posti in serie e uno si trova in ombra, questo compromette l’efficienza dell’intero impianto.

L'elettronica associata sarà più o meno sofisticata in base alla funzione e alle dimensioni del nostro impianto:
L’ impianto può essere costituito dai moduli, regolatore, inverter ed accumulatori (baite, luoghi non allacciati alla rete)
Oppure possono essere collegati alla rete elettrica tramite una serie di dispositivi (BOS) dei quali un componente essenziale è l’inverter(grandi applicazioni).

introduzione

2008-05-19T11:31:00.019+02:00

I pannelli fotovoltaici stanno guadagnando sempre più interesse in ambito nazionale ed internazionale, acquisendo una discreta rilevanza nel mercato energetico mondiale. In Italia gli impianti fotovoltaici sono in continuo aumento, grazie anche agli incentivi statali che per alcuni anni sono stati i più elevati d'Europa.

Si avvisa che dal 6 Luglio 2013, a seguito della chiusura del "Quinto Conto Energia", gli incentivi dedicati al fotovoltaico non sono più disponibili, è però attiva nel 2017 la detrazione del 50% per i privati e il super ammortamento del 140% per le aziende.
Aggiornamento: le detrazioni fiscali sul fotovoltaico al 50% + IVA agevolata al 10% sono state prorogate anche per tutto il 2018. Il super ammortamento per le imprese è stato ridotto al 130%.

Ultimamente, nel settore fotovoltaico si stanno varcando nuove frontiere, come i pannelli solari in plastica, con possibili ulteriori benefici per l'ambiente(e per i nostri portafogli).

Di seguito si parlerà di questi e molti altri aspetti dei pannelli fotovoltaici.

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