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L’ENERGIA FOTOVOLTAICA

L’ENERGIA FOTOVOLTAICA. Trasformazione di energia luminosa in energia elettrica - Effetto luce, sotto forma di fotoni, su giunzione p-n. E = hf  c = h / E G  c = 1,24 / E G. RENDIMENTO DELLE CELLE FV. Rendimento di una cella  = Pout / Pin = Pout / A . E

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L’ENERGIA FOTOVOLTAICA

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Presentation Transcript

  1. L’ENERGIA FOTOVOLTAICA Trasformazione di energia luminosa in energia elettrica - Effetto luce, sotto forma di fotoni, su giunzione p-n E = hf c = h / EG c = 1,24 / EG

  2. RENDIMENTO DELLE CELLE FV Rendimento di una cella= Pout / Pin = Pout / A . E Pout(W) = potenza erogata - Pin = potenza luminosa A (m2) = area utile - E(W/ m2) = energia incidente CAPACITA’ DI ASSORBIRE LA LUCE dipende: DAL MATERIALE : - SILICIO MONOCRISTALLINO - SILICIO POLICRISTALLINO - SILICIO AMORFO DALLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA: - FILM SOTTILE - A CONCENTRATORE

  3. IL PRINCIPIO FOTOVOLTAICO APPLICATO ALLA CELLA Circuito equivalente Rs Rc Rc I D Rsh I- generatore ideale di corrente D- effetto rettificante della cella / p-n Rsh - dovuta a dispersioni interne (leakage) Rs - dovuta al contatto catodo-semiconduttore Rc - rappresenta carico / generico utente

  4. TEORIA GIUNZIONE p-n APPLICATA AL FENOMENO FV • I = I0 (e V/VT - 1) I = ISC + I0 (1 - e V/VT ) • Vmax = Voc = VTln ( 1 + Isc / I0 ) ==> Voc crsce conlegge logaritmicaIsc

  5. Vm , Im - tensione e corrente di max potenza • Voc - tensione a vuoto (circuito aperto) • Isc - corrente di corto circuito • MP - massimo prodotto V x I MP

  6. LA CELLA FV DAL PUNTO DI VISTA COSTRUTTIVO

  7. IL SISTEMA FOTOVOLTAICO Campo FV Sistemi di controllo - carica batteria, tensioni in e out inverter Convertitori (INVERTER) - LCI (sistemi grid c.) / SCI (isolati) Accumulatori - piombo acido

  8. COMPONENTI DI UN SISTEMA FV Sezione tipica di un modulo FV

  9. COMPONENTI DI UN SISTEMA FV CAMPO FV a Cella Modulo Pannello Stringa Campo o generatore FV Db Collegamenti elettrici di stringa Dp - diodo di bypass Db - diodo di blocco Dp Inseguitore solare

  10. COMPONENTI DI UN SISTEMA FV Unidirezionali CC ==> CA Ristretto campo tensioni in ingresso Tecnica PWM a migliaia di Hz Commutaz.ne ad alta frequenza (IGBT-MOSFET) INVERTER x FV f p >> f m Vu

  11. IL SISTEMA FV - STAND ALONE FILTRO lato C.A. CC / CA INVERTER SCI CAMPO FV RETE in ISOLA PROTEZIONI BATTERIA ACCUMULATORI R UNITA’ di CONTROLLO R : Regolazione tensione e fase out -costante

  12. IL SISTEMA FV - GRID CONNECTED C.C. / C.C INVERTER LCI C.C. / C.A. FILTROlato C.A. FILTROlato C.C. PROTEZIONI RETE PUBBLICA CAMPO FV R- MPPT R-V out R- f rete UNITA’ di CONTROLLO R- MPPTRegolazione punto MPPT FILTRO C.C. Mantiene tensione costante R-V out : Regolazione tensione out FILTRO C.A. filtra armoniche dispari R- f reteSincronismo frequenza di rete PROTEZIONI max corrente e /o corto c.

  13. APPLICAZIONE A GRUPPI UPS COME SOLUZIONE ANTI BLACK-OUT Rivolta ad utente con UPS cui dare valore aggiunto

  14. APPLICAZIONE A GRUPPI UPS COME SOLUZIONE ANTI BLACK-OUT UPS indispensabile in casi critici: allarmi, computer, sistemi rilevazione Vantaggi: - utilizzo energia FV altrimenti sprecata - sorgente energetica addizionale - riserva - costo incrementale minimo su UPS esistente (filtri,interr.ri, protez) - zero inquinamento - produzione ed utilizzo nel punto di max domanda - inverter con trasformatore - isolamento galvanico secondo norme sicurezza

  15. ALTRI ESEMPI APPLICATIVI - FV - Abbinamento Energia FV-Irrigazione a goccia (sintonia impinati FV e piante) - Impianto antenna su Marmolada 3,6 kWp alimenta ripetitori telef.mobile ( gruppo UPS + batterie + rete elettrica) - Idrolisi nella produzione di H2 - 1kWh per m3 - Barriere antirumore . tratto stradale Perugia-Bettolle - Tetti FV - contributi 75% senza IVA x installazione

  16. VALUTAZIONI ECONOMICHE Costi di installazione Energia FV

  17. VALUTAZIONI ECONOMICHE Durata e affidabilitàdipendono da: temperatura e irraggiamento Dati ricavati da indagine LEEE su camp.ne di 78 moduli e studi impianto TISO (SVI) LEEE-SUP.SI - Laboratorio Energia Ecologia Economia-Scuola Univ.ria Prof.le. - Svizzera It.

  18. VALUTAZIONI AMBIENTALI

  19. PROSPETTIVE / SVILUPPI Evoluzione tecnologica - Celle : Si-amorfo (basso spessore supp. Flessibili - forte instab.tà ) CIS /CIGS -facile prod e basso costo / no unif.tà prestazioni CdTe - a 4 strati e tre giunzioni, η > 15%, basso sp e costi- inquinante nanocristallina : TiO2- tipo “fotosintesi”: costi di 5 volte < Si - Moduli : a bassa riflettenza: coat a 4 strati a rifraz. Altern. (Si3N4 eSiO2) curvi: adattamento di celle Si a sup. curve: sfrutta angolo sole - Inverters: modulari, tecnologie SMD-Surface Mounting Devices) - trasformatori: tecnologia DSP-Digital Signal Processing

  20. CONSIDERAZIONI FINALI OBIETTIVO Riduzione degli sprechi e produzione dell’energia richiesta dove utilizzatza - Energia FV (rinnovabile) anche se complementare - Cogenerazione - Ricerca di integrazione in strutture edilizie - Rispetto Situazione Ambientale (Impegni di Kyoto) - La situazione dell’Italia: Potenza FV installata a fine 2002: 22.000 kWp (+10% su 2001) Legge 283/2003: . entro 2010 22% fabbisogno elettrico da fonti rinnovabili . incentivi su produzione energia (non su investimenti iniziali v. tetti FV)

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