L’AUTOMOBILE AD IDROGENO:
LE CELLE FOTOVOLTAICHE
PROGETTO REALIZZATO DALL’IPIAS «A. ZOLI» DI ATRI
(TE) IN COLLABORAZIONE CON LA FONDAZIONE
TERCAS A.S. 2012/13
Docenti:
•Di Pietro Giuseppe
•Sansonetti Ivano
•Classi III A e IV A IPIAS
Energia pulita, inesauribile e …
GRATIS!
Un sogno?
Il vento
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Che forza il sole!
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Il sole
luce
calore
energia elettrica
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Effetto fotovoltaico:
cos’è?
L’effetto Fotovoltaico o fotoelettrico consiste nella conversione della
energia proveniente dal sole, sotto forma di radiazione solare, in elettricità.
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Un pò di storia
“L'effetto fotovoltaico” è noto fin dal 1839, e trova il suo
fondamento nella esperienza del fisico francese Edmond
Becquerel (1820-1891) che presentò alla Accademia delle
Scienze di Parigi la sua "Memoria sugli effetti elettrici
prodotti sotto l'influenza dei raggi solari".
Edmond Becquerel
Nel 1870 l'effetto fotovoltaico fu
studiato in solido sul selenio, da
Heinrich Hertz, e nel 1876, da
Willoughby Smith, William Adam e
Richard Day, i quali conclusero che tali
celle erano in grado di convertire la
luce in elettricità con una efficienza
compresa fra 1% e il 2%.
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Heinrich Hertz
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Un pò di storia
Il principio fu meglio compreso nel 1905 da
Einstein - che nel 1921 per questa scoperta fu
premiato con il Premio Nobel per la fisica - e nel
1930 da Walter Schottky. I due scienziati
posero le basi scientifiche per la realizzazione
della prima cella solare.
Albert Einstein
Nel 1954 Chapin, Pearson e Fuller,
nei laboratori della Bell Telephone,
svilupparono la prima cella basata
su semiconduttori al silicio in grado
di convertire il 6% dell'energia
solare in energia elettrica.
Gerald Pearson, Daryl Chapin,
e Calvin Fuller
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Un pò di storia
La prima applicazione di celle
solari è dovuta agli americani che
nel marzo del 1958 alimentarono
la trasmittente del satellite
artificiale Vanguard1 che ancora
oggi è in orbita attorno alla terra
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UNA CELLA FOTOVOLTAICA
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STRUTTURA DELLA CELLA
RADIAZIONE SOLARE
CONTATTO ANTERIORE
(GRIGLIA)
ANTIRIFLESSO
REGIONE N
(Fosforo)
CARICO
ZONA DI
SVUOTAMENTO
REGIONE P
(Boro)
_+
_+
_ +
CONTATTO POSTERIORE
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L’efficienza della cella
Perdite elettriche Perdite ottiche
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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
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Le nuove tecnologie
La ricerca
Celle innovative
Celle di grandi
dimensioni
Nuovi materiali
Silicio di grado
solare
Film sottili
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Le nuove tecnologie
Film sottili
Silicio amorfo
Semiconduttori composti
policristallini
CIS - diseleniuro di indio
CuInSe2
Tellururo di Cadmio
CdTe
CIGS - diseleniuro di rame
CuInGaSe2
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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, 50′000 volte più piccola di un capello, detti fullereni.
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Uno sguardo al futuro
William Yuan e le celle fotovoltaiche 3D
William Yuan è un ragazzo di 12 anni di
Beaverton, USA. Nonostante la sua età, Yuan
ha già studiato la fusione nucleare e diversi tipi
di nanotecnologie ed è sulla buona strada per
far fare un salto alle tecnologie solari con le sue
celle fotovoltaiche 3D.
La sua cella sarebbe in grado di assorbire sia il
visibile sia i raggi UV. Se William Yuan avesse
ragione, la sua celle fotovoltaica 3D grazie alle
nanotecnologie assorbirebbe 500 volte più
energia solare di qualsiasi altro pannello fotovoltaico ora in commercio e 9 volte
più di tutte le altre tecnologie a celle solari ora in sviluppo. Per permettergli di
proseguire negli studi a William Yuan è stata assegnata una borsa di studio di
25.000 $
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Uno sguardo al futuro
Celle fotovoltaiche con efficienza del 63%
Un gruppo di ricercatori spagnoli guidati da
Perla Wahnon e Josè Conesa di Madrid sta
lavorando su un nuovo materiale in grado di
sfruttare sia i fotoni del visibile sia quelli
dell'infrarosso, quindi arrivare ad un massimo
teorico di efficienza pari al 63%. Le celle solari
convenzionali si basano su un semiconduttore
come il silicio. Ma la loro incapacità di assorbire
circa il 30% dell‘energia solare pone un
limite teorico non indifferente. Ora i ricercatori
spagnoli utilizzeranno questa idea per progettare la loro nuova cella solare,
aggiungendo il nuovo materiale al titanio e vanadio dei semiconduttori
convenzionali modificando le proprietà elettroniche per creare questo livello
intermedio di assorbimento di energia.
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Uno sguardo al futuro
Arriva il gel… fotovoltaico
Produrre energia attraverso un gel. La scoperta
viene da una azienda italiana, la ESCO (Energy
Saving Company Energy) di Potenza. Un pool di
ingegneri
e
biochimici
hanno
lavorato
sull'applicazione nanotecnologica, fino a mettere a
punto un gel a base di silicio in grado di produrre
energia elettrica. Il gel, applicato nelle
intercapedini dei doppi vetri o colato nella lastra e
in ogni superficie vetrata, diventa un generatore di
energia elettrica. Secondo quanto spiegato dal
responsabile della ricerca della Esco, Alessandro
Cariani, ''il costo e' pari alla meta' di un normale
pannello fotovoltaico'‘. L'energia solare viene
catturata e assorbita da piccoli terminali elettrici
installati nelle finestre, per essere poi riversata in
rete, permettendo una produzione di cento
watt/ora per ogni metro quadro di superficie
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