ITIS G. CARDANO
TIPOLOGIA CELLE
FOTOVOLTAICHE
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CELLA FOTOVOLTAICA
Unità base in cui si realizza la conversione dell’energia ricevuta
tramite la radiazione solare.
Attualmente la maggior parte delle
celle fotovoltaiche in commercio è
costituita da semiconduttori al
SILICIO.
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??? PERCHE’ IL SILICIO ???
A differenza di altri elementi semiconduttori
è disponibile sul nostro pianeta in quantità
pressoché illimitata.
La sabbia è composta per il 25 % circa da
silicio.
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??? PERCHE’ IL SILICIO ???
.E’ largamente utilizzato nell’industria
elettronica che ha agevolato lo sviluppo
degli attuali metodi di raffinazione,
lavorazione e drogaggio.
I processori contengono Silicio.
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??? PERCHE’ IL SILICIO ???
Gli scarti della lavorazione dei componenti
elettronici possono essere riciclati
dall’industria fotovoltaica che tollera
maggiori concentrazioni di impurità.
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TRATTAMENTO DEL SILICIO
Il silicio grezzo per poter essere utilizzato deve subire una serie di trattamenti
molto delicati.
1 – In primo luogo deve essere trasformato in TRICLOROSILANO che è liquido.
2 – Viene purificato con trattamento chimico fino a percentuali di purezza del 99
%.
3 - Viene fatto solidificare in un lingotto di forma cilindrica del diametro di 13 –
20 cm e lunghezza che può arrivare a 200 cm.
4 – Il lingotto viene tagliato con speciali seghe a filo in “ fettine “ dette WAFERS
con spessore di 250 – 300 micron.
A seconda della complessità del trattamento si ottengono tre tipologie di celle.
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SILICIO A CRISTALLO SINGOLO O MONOCRISTALLINO
La celle si ottiene da un unico grande cristallo di silicio. Ha colore uniforme e
scuro tra il blu notte e il nero. Generalmente di forma quadrata con spigoli
smussati, particolare che permette di distinguerli dagli altri tipi. Rendono meglio
delle celle in silicio policristallino in condizioni di esposizione ottimale (luce
perpendicolare e assenza di nuvole).
RENDIMENTO CELLA 14 – 17 %
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CELLA A SILICIO POLICRISTALLINO
Si ottiene a partire da molti cristalli. Hanno forma quadrata e colore bluastro con
riflessi determinati dal posizionamento casuale dei singoli cristalli. Le celle sono
unite tra di loro senza spazi intermedi. Hanno un rendimento inferiore di quelle
a silicio monocristallino.
RENDIMENTO CELLA 12 – 14 %
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SILICIO AMORFO O A FILM SOTTILE
E’ una forma non cristallina del silicio. Nel silicio amorfo gli atomi non formano
un reticolo cristallino ordinato ma disordinato ( alcuni atomi presentano ancora
legami disponibili ) .Questi legami disponibili costituiscono dei difetti nel reticolo
e sono responsabili del suo comportamento elettrico. Il silicio amorfo viene
depositato su superfici di altro materiale ( vetro, plastica ).
RENDIMENTO* CELLA 5 – 7 %
* Il rendimento subisce un decadimento di circa il 30% già nel primo
mese di vita che impone un sovradimensionamento della superficie
da installare.
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PERDITE DI RENDIMENTO CELLA FOTOVOLTAICA
I fattori più comuni di perdita di rendimento di una cella fotovoltaica sono:
Esposizione non ottimale, cioè diversa da quella rivolta a sud e con inclinazione di circa
30 gradi rispetto al piano orizzontale. ( Riduzione di produttività per esposizione non
ottimale ).
Mismatching, cioè il fenomeno che provoca un rendimento medio dell'impianto
fotovoltaico inferiore a quello medio dei singoli pannelli per il fatto che in una catena di
pannelli collegati in serie, la produzione di ogni pannello si adegua a quella del pannello
più debole. ( Perdite di rendimento dovute al “ mismatching “ ).
Temperatura non ottimale, cioè maggiore di 25°C, che, nei moduli al silicio, comporta
una riduzione del 4% della produttività ogni 10°C di aumento. In mancanza di dati precisi,
si consiglia di stimare questa perdita uguale al 4%.
Riflessione, cioè raggi che non vengono assorbiti dal modulo fotovoltaico ma riflessi
altrove. In mancanza di dati precisi, si consiglia di stimare questa perdita uguale al 2%.
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PERDITE DI RENDIMENTO CELLA FOTOVOLTAICA
Ombreggiamento, cioè ombre causate da ostacoli all'interno o nei pressi del campo
fotovoltaico.
Dispersione nell'inverter. In mancanza di dati precisi, si consiglia di stimare questa
perdita uguale al 7,5%.
Dispersione nei quadri in corrente continua. In mancanza di dati precisi, si consiglia di
stimare questa perdita uguale al 2%.
Polvere, che diminuisce la trasparenza del vetro che protegge il modulo fotovoltaico. Si
consiglia di stimare questa perdita uguale al 1%.
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PERDITA DI PRODUTTIVITA’ PER ESPOSIZIONE NON
OTTIMALE
Durante l’installazione di un impianto fotovoltaico è bene
sempre verificare la corretta esposizione dei pannelli:
l’ideale è sicuramente a sud, ma accettabile fino a est o
ovest, con una perdita di producibilità di circa il 20 %, e
sud-est o sud-ovest con una perdita del 5% circa.
L’inclinazione ottimale per le latitudini italiane va invece
dai 29 ai 33 gradi. Un impianto con tilt a 0° (modulo in
orizzontale) comporta una perdita di producibilità di circa
il 10 % rispetto all’inclinazione ottimale.
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PERDITA DI PRODUTTIVITA’ PER ESPOSIZIONE NON OTTIMALE
La posizione dei moduli fotovoltaici rispetto al sole influisce notevolmente sulla quantità di
energia captata e quindi sulla quantità di energia elettrica generata. I parametri che direttamente
influiscono sul fenomeno sono:
* angolo di inclinazione rispetto al terreno (angolo di tilt)
* angolo di azimut
La produzione di energia elettrica nell'emisfero Nord è massima per l'esposizione Sud con angolo
di inclinazione pari alla latitudine locale sottratta di 10° circa.
Rispetto pertanto alla soluzione ottimale con inclinazione di 30° il sistema fotovoltaico perde circa
il 10-12% nell'applicazione su superficie orizzontale e ben il 35% nell'applicazione su facciata
verticale. L'influenza dell'angolo di azimut è invece minore. In un intervallo di angoli di azimut
compresi tra -45°e + 45° rispetto al Sud (angolo di azimut compreso tra sud-est e sud-ovest) i
valori della radiazione incidente non si discostano significativamente dal valore massimo.
Orientando infatti i sistemi fotovoltaici a Sud-Est oppure a Sud-Ovest si avrebbe una perdita pari
a solo il 5%. Se si desidera aumentare la producibilità in una stagione piuttosto che in un'altra
allora occorre modificare l'inclinazione in modo da rendere la superficie dei moduli sempre
ortogonale alla luce incidente. In estate bisogna abbassare i moduli riducendo l'angolo fino a 10°
- 15°, d'inverno occorre alzare maggiormente i moduli fino ad un angolo di 60° circa rispetto
all'orizzontale.
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PERDITA DI PRODUTTIVITA’ PER MISMATCHING
Il mismatching è il fenomeno che provoca un rendimento medio dell'impianto fotovoltaico
inferiore a quello medio dei singoli pannelli per il fatto che in una catena di pannelli collegati
in serie, la produzione di ogni pannello si adegua a quella del pannello più debole.
Per esempio, unendo tre moduli rispettavimente da 100, 100 e 93 Watt, la potenza
complessiva non è 293 Watt, ma 279, vale a dire 3 x 93. Lo stesso risultato si ha
combinando, ad esempio, tre moduli rispettivamente di 109, 93 e 102 Watt.
Non c'è quindi compensazione tra moduli che producono di più e moduli che producono di
meno, ma tutti si adeguano a quello meno potente.
Il fenomeno del mismatching è diretta conseguenza della variabilità della potenza effettiva
dei moduli fotovoltaici rispetto al valore nominale, all'interno della fascia di tolleranza
dichiarata dal costruttore
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PERDITA COMPLESSIVA
In base a quanto sopra esposto, per calcolare la produttività netta dell'impianto fotovoltaico,
si consiglia di applicare i seguenti coefficienti di perdita:
Esposizione non ottimale: determinare secondo le indicazioni già riportate.
Mismatching: usare un valore pari alla tolleranza negativa della potenza nominale del
pannello fovoltaico (caso peggiore), oppure pari alla metà di essa (caso medio)
Tutti gli altri fattori cumulativamente: 16%
Inoltre bisogna tenere conto del fatto che la potenza dei moduli fotovoltaici diminuisce ogni
anno di un valore compreso tra lo 0,5 e 1 %