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☼Introduzione storica
☼Proprietà fisico/chimiche del silicio
☼Principio fotoelettrico/fotovoltaico
☼Struttura della cella fotovoltaica
☼Tipi di celle che sfruttano l’effetto fotovoltaico
☼Struttura di un impianto fotovoltaico
☼Conto energia
☼Costi e ricavi nella realizzazione dell’impianto
☼Laboratorio: cella di Graetzel
INTRODUZIONE STORICA

Edmond Becquerel nel 1839 scopre l’effetto
fotovoltaico.

Willoughby Smith nel 1873 scopre la
fotoconducibilità del selenio.

William Grylls Adams assieme al suo allievo
Day osservarono il selenio convertire la luce del
sole direttamente in elettricità.
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INTRODUZIONE STORICA

Nel 1879 Charles Fritts costruisce la prima
cella fotovoltaica.

1953 Gerald Pearson costruì una cella solare
basandosi sul silicio e non più sul selenio e
negli anni 60 le celle erano in grado di
alimentare apparecchi domestici con un
rendimento del 6%.
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INTRODUZIONE STORICA

La NASA nel 1962 impiega le celle negli
esperimenti spaziali.

Fred Shurland usa il solfuro di cadmio al posto
del silicio.

Dagli anni 70 la tecnologia ha continuato a
progredire, scoprendo nuovi tipi di pannelli con
diverse caratteristiche.
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IL SILICIO: PROPRIETÀ CHIMICHE E FISICHE
●
Elemento chimico con simbolo si e numero atomico 14
●
Secondo elemento per abbondanza nella crosta
terrestre dopo l’ossigeno
●
L’isotopo più abbondante in natura è il si a=28
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PRODUZIONE SILICIO

Il silicio si prepara attraverso il riscaldamento
di silice a temperature superiori a 1900˚C,
dove il carbonio riduce la silice in silicio
secondo l’equazione chimica:
SiO2 + C → Si + CO2
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METODI DI PURIFICAZIONE:
●
Fusione a zona: (metodo fisico) le sbarre di silicio
vengono riscaldate fino a quando
.
le estremità si fondono
●
Processo di siemens: (metodo chimico)
2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4
●
Processo della dupont: (metodo chimico)
SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2
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EFFETTO FOTOVOLTAICO

L’effetto fotovoltaico è la conversione diretta
dell’energia solare in energia elettrica.

L’energia elettrica è prodotta dall’interazione dei
fotoni della radiazione luminosa con gli elettroni di
valenza dei materiali semiconduttori.

Se i fotoni che colpiscono la cella di silicio hanno
energia uguale o maggiore a 1.08 eV l’elettrone di
valenza eccitato vince le forze elettrostatiche che lo
tengono vincolato al legame tra due atomi e
diventa libero di spostarsi
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EFFETTO FOTOVOLTAICO


Per creare un campo elettrico all’interno della cella
bisogna effettuare un trattamento chiamato
“drogaggio del silicio” con atomi di Boro e Fosforo
Il drogaggio del silicio crea una giunzione NP che se
viene collegata ad un conduttore si riesce a
catturare il flusso di elettroni che va da N a P quindi
fino a quando la cella è esposta alla luce c’è la
produzione di corrente elettrica
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EFFETTO FOTOVOLTAICO

Lo spessore dello strato
N deve essere di 0.5
mm per garantire che i
fotoni arrivino vicino alla
giunzione NP.
Lo spessore di tutta la
cellula non deve
superare i 250mm.
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STRUTTURA DELLA CELLA FOTOVOLTAICA
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CELLE AL SILICIO:
MONOCRISTALLINO:
Rendimento del 15%, grazie alla regolarità
della struttura cristallina del silicio
POLICRISTALLINO:
Rendimento del 13%, inferiore a quella
monocristallina per la struttura irregolare, ma
ha un tempo di produzione inferiore
AMORFO :
Rendimento del 6%,
Detto anche film, è una sottile pellicola dai
bassi costi di produzione. È applicabile su
supporti economici di varie forme grazie alla
sua flessibilità
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ALTRI TIPI DI CELLE
ARSENIURO DI GALLIO
ETEROGIUNZIONE
TELLURO E SOLFURO
DI CADMIO MICROCRISTALLINO
CELLA DI GRAETZEL
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EFFICACIA DEI PANNELLI FOTOVOLTAICI
Il rendimento delle celle fotovoltaiche
commerciali varia dal 13% al 17%, ma in
laboratorio si è arrivati fino al 32,5%.
 La bassa efficienza dei pannelli fotovoltaici è
causata da:
- Riflessione
- Fotoni troppo o poco energetici
- Temperatura
- Resistenze elettriche

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L’IMPIANTO FOTOVOLTAICO:
7
1
1.
2.
2
6
3.
5
3
4
4.
5.
6.
7.
Radiazione solare
Pannelli fotovoltaici
Inverter
Contatore impianto
Contatore rete
uscente
Contatore rete
entrante
Rete a bassa
tensione
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CONTO ENERGIA:
Tipo di impianto fotovoltaico
Potenza
nominale
Non integrato
Parzialmente
integrato
Integrato
Da 1 a 3 KWh
€0,40
€0,44
€0,49
Da 3 a 20 KWh
€0,38
€0,42
€0,46
Oltre i 20 KWh
€0,36
€0,40
€0,44
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COSTI E RICAVI DELL’IMPIANTO MEDI:
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COSTI E RICAVI DI UN IMPIANTO DA 4KW h
DI PICCO MASSIMO
●Tecnologia silicio
. cristallino
●Picco massimo
. 4KW
●Perdite:
. 14% (cavi, inverter)
. + 8% (temperatura)
. + 3% (riflessione)
. = 25%
●Inclinazione
. moduli 35’
●Reggio Emilia
. (44˚41’30’’ nord,
. 10˚37’56’’ est, altitudine
. 64m)
Produzione elettrica FV
Produzione Produzione
Mese mensile
giornaliera
(kWh)
(kWh)
Gen
210
6.8
Feb
231
8.2
Mar
357
11.5
Apr
423
14.1
Mag
469
15.1
Giu
493
16.4
Lug
537
17.3
Ago
517
16.7
Set
422
14.1
Ott
320
10.3
Nov
204
6.8
Dic
165
5.3
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Media
annuale
Produzione
annuale
(kWh)
362 11.9
4347
SECONDO STUDIO DI REALIZZAZIONE:
Struttura
Esposizione solare
Disposizione pannelli
Sito per l’inverter
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PREVENTIVO COSTI DI REALIZZAZIONE:
PREVENTIVO COSTI
MATERIALI
PROGETTAZIONE
PANNELLI
FOTOVOLTAICI E
INVERTER
STAFFAGGI
CAVI E CANALI
ACCESSORI
TOTALE
QUANTITÀ
N=90
COSTO
2 774,88€
93 608,58€
N=1
600m
9 431,09€
2 273,59€
1 736,87€
120 807,51€
(CON IVA AL 10%)
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LABORATORIO: CELLA DI GRAETZEL
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LAB: PREPARAZIONE CELLA
Pasta di TiO2
Preparazione controelettrodo
Stesura pasta sull’elettrodo
Assemblaggio cella
Riscaldamento in stufa
Preparazione colorante
Versare soluzione elettrolitica
Immersione elettrodo nel colorante
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MISURAZIONE DDP E I
mV
µA
Bianco
45
27
No I2
20
0
402
288
202
143
148
15,8
324
238
199
106
82.5
11,8
Lampone
Mirtillo
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BIBLIOGRAFIA:
“L’energia pulita” di Pietro Menna, casa editrice
Il Mulino
 “l’energia solare e l’idrogeno” di Aurelio C.
Robotti, casa editrice Utet
 Manuale di progettazione Riello
 “La sfida del secolo” di Piero Angela e Lorenzo
Pinna, casa editrice Mondadori
 Articoli da il Sole 24 ore
 Immagini e altre informazioni dal web come
wikipedia e google immagini.

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REALIZZATO DA:
Luca Camparini
Lorenzo Chiapponi
Mattia Giroldi
Stefano Terzi
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