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IL FOTOVOLTAICO

-FUNZIONAMENTO-

-TIPOLOGIE-

-DIMENSIONAMENTO PRELIMINARE-

1839: il fisico Edmond Becquerel sperimentò la conversione diretta della radiazione luminosa in energia elettrica

1887: Hertz progettò un dispositivo che riproduceva il medesimo effetto Becquerel di conduzione nel vuoto

1905: Einstein pone le basi scientifiche per la produzione della prima cella solare (nel 1921 sarà premio Nobel)

1956: Vieni sviluppata la prima cella fotovoltaica in silicio con un rendimento pari al 6%

“L’intensità della corrente in una cella elettrolitica con elettrodi in platino

aumenta con l’esposizione diretta al sole”

IL FENOMENO FTV: LA SCOPERTA

a)Principio di funzionamento

b) L’effetto fotovoltaico

c) Celle e moduli

d) Il generatore fotovoltaico

IL FENOMENO FTV: COME FUNZIONA

La luce trasporta energia (fotoni):alcuni materiali, quando colpiti da fotoni, liberano

elettroni e danno luogo ad una corrente.Questi materiali, denominati SEMICONDUTTORI, sono

in grado di utilizzare la radiazione elettromagnetica proveniente dal sole per indurre un movimento di

elettroni in un circuito, generando una f.e.m.

Questo fenomeno è denominato

“Effetto Fotovoltaico ”

IL FENOMENO FTV: COME FUNZIONAPRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

In Italia mediamente 1mq di terreno riceve una energia dal sole circa 1600 kWh/anno.

…158 litri di petrolio hanno lo stesso contenuto energetico

IL FENOMENO FTV: COME FUNZIONAPRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Il 2020 sarà una data cruciale per molti paesi della Terra dato che in questi 10 anni è prevista

la riduzione del 20% delle emissione di gas serra il 20% di energia prodotta con fonti

rinnovabili.

L’effetto fotovoltaico è il processo di conversione dell’energia solare in energia elettrica, e più precisamente della radiazione solare in una corrente

di elettroni.

È basato sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori, in grado di convertire l'energia della radiazione solare in energia elettrica, senza parti meccaniche in movimento e senza l'uso di alcun combustibile. In una cella

fotovoltaica, i fotoni della luce solare incidente spezzano i legami degli elettroni del semiconduttore, consentendo così agli elettroni di muoversi

liberamente nel semiconduttore.

I principali materiali semiconduttori sono il silicio (Si), l'arsenurio di gallio (GaAs) e il solfato di rame (Cu2S).

IL FENOMENO FTV: COME FUNZIONAL’EFFETTO FOTOVOLTAICO

STRUTTURA DI UNA CELLA IN SILICIO CRISTALLINO

IL FENOMENO FTV: COME FUNZIONAL’EFFETTO FOTOVOLTAICO

IL FENOMENO FTV: COME FUNZIONAIL GENERATORE FOTOVOLTAICO

-Più CELLE = MODULO;

-Più MODULI = PANNELLO;

-Più PANNELLI = STRINGA;

-Più STRINGHE = CAMPOFOTOVOLTAICO.

TIPOLOGIE DI CELLE FOTOVOLTAICHE• Silicio Monocristallino;• Silicio Policristallino;• Silicio Amorfo.

RENDIMENTO DELLE CELLESilicio monocristallino η = 13-17 %Silicio policristallino η = 12-14 %silicio amorfo (Film sottili) η = 6-10 %

IL FENOMENO FTV: COME FUNZIONACELLE E MODULI

ELETTRICITÀ DALL’IRRAGGIAMENTO SOLARE

Quando la radiazione solare attraversal'atmosfera terrestre si attenua perché inparte viene riflessa ed in parte assorbitadal vapore acqueo, dall'ozono,dall'ossigeno e dall'ossido di carbonio.

Quella che giunge su una superficieorizzontale è costituita da una radiazionediretta (raggi che colpiscono direttamentela superficie) e da una radiazione diffusache arriva dall'alto in ogni direzione.

In una giornata di sole la componentediffusa può essere valutata sul 10-20% diquella globale che investe direttamente lasuperficie orizzontale.

FATTORI CHE INFLUENZANOLA RESA DEI PANNELLI

- latitudine;- Inclinazione;- eventuale ombreggiamento;- tipologia dei materiali.

DIMENSIONAMENTO PRELIMINARE DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO

dati di input:

1. dati geografici;

2. identificazione tecnologia fotovoltaica;

3. collocazione pannelli;

4. dimensionamento impianto.


1. dati geografici

http://www.comuni-italiani.it/index.html

http://www.mygeoposition.com/

Località RomaLatitudine 41°54'39"24 NLongitudine 12°28'54"48 E


2. identificazione tecnologia fotovoltaicaSILICIO MONOCRISTALLINO .le più efficienti ma più costose e più fragili.

ha il rendimento più elevato, è caratterizzato da unadisposizione monodirezionale a formare un unicocristallo durante il processo di fusione per laproduzione del wafer (ossia la cella priva digiunzioni elettriche), è di colore nero o nero bluastrouniforme ed è il più difficile e costoso da produrre.


SILICIO MONOCRISTALLINO

2. identificazione tecnologia fotovoltaica


2. identificazione tecnologia fotovoltaicaSILICIO POLICRISTALLINOè di colore blu/azzurro ed ha il caratteristico aspetto sfaccettato poiché è composto da più cristalli disposti in modo irregolare.Ha un rendimento inferiore rispetto al monocristallino ma ha le stesse caratteristiche di degrado e resistenza nel tempo.

SILICIO POLICRISTALLINO




SILICIO AMORFOpiù facili da industrializzare,a basso costo e più robuste, ma meno efficienti.

Con all'ausilio di gas tecnici, può essere depositato in strati sottili pochi micron su una grande varietà di superfici, e può derivare dagli scarti dell'industria elettronica.



2. identificazione tecnologia fotovoltaicaSILICIO AMORFO


3. collocazione pannelliAngolo di AzimutL’angolo di Azimut è l’angolo formato dalla normale alla superficie captante e la direzione del Sud)

Angolo di Tilt

L’angolo di Tilt o di inclinazione è l’angolo che il pannello fotovoltaico forma con il piano orizzontale e influenza la radiazione incidente sulla superficie captante.

3. collocazione pannelli


4. dimensionamento impianto- determinazione potenza nominale (Wp)


o Numero moduli fotovoltaici (superficie utile da destinare all’impianto)

o Potenza nominale del singolo modulo

4. dimensionamento impianto- determinazione produzione (kWh)


http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/


1. dati geografici;2. identificazione tecnologia fotovoltaica;3. collocazione pannelli;4. dimensionamento impianto.


Sistema fisso: inclinazione=35°, orientamento=0°

Mese Ed

Em

Hd

Hm

Gen 2.05 63.6 2.68 83.2

Feb 2.39 66.8 3.19 89.2

Mar 3.32 103 4.55 141

Apr 3.88 116 5.40 162

Mag 4.07 126 5.84 181

Giu 4.21 126 6.15 185

Lug 4.29 133 6.33 196

Ago 4.14 128 6.07 188

Set 3.75 112 5.37 161

Ott 3.05 94.6 4.23 131

Nov 2.22 66.6 2.96 88.9

Dic 1.82 56.5 2.41 74.6

Media annuale 3.27 99.5 4.61 140

Totale per l'anno 1190 1680

Ed: Produzione elettrica media giornaliera (kWh)

Em: Produzione elettrica media mensile (kWh)

Hd: Media dell'irraggiamento giornaliero al metro quadro ricevuto dai pannelli (kWh/m 2)

Hm: Media dell'irraggiamento al metro quadro ricevuto dai pannelli (kWh/m 2)

CONSUMI MEDI DI UN EDIFICIO RESIDENZIALE

RISCALDAMENTO 106 kWh/mq anno

ACS 20 kWh/mq anno

Apparecchiature elettriche 31 kWh/mq anno(compresa illuminazione)

-------------------

157 kWh/mq anno

IMPIANTO SOLARE TERMICO

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

kWh/

m2

Radiazione globale media giornaliera per m 2

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

kWh/

m2

Radiazione globale media mensile per m 2

Per “radiazione solare” si intende l’energia radiante sprigionata dal Sole per effetto delle reazioni nucleari (fusione dell’idrogeno) che avvengono al suo interno.

Di tale energia, il 30% è riflesso, il 47% convertito in potenza termica di bassatemperatura e irraggiata nuovamente nello spazio e del 23% è responsabile deiprocessi di evaporazione e precipitazione nella biosfera; meno dello 0,5% vienetrasformato in energia cinetica di vento ed onde ed accumulato per fotosintesinella piante verdi.

IMPIANTO SOLARE TERMICOUn impianto solare termico, nella forma più semplice, è costituito da un pannello solare, solitamente di forma piana simile ad un radiatore,che contiene un liquido termovettore –il glicole – cioè un liquido che trasporta il calore all’interno dell’impianto. Il glicole circola dentro uno scambiatore (tipo serpentina), inserito all’interno di un serbatoio di accumulo, e cede energia termica all’acqua, che raggiunta unatemperatura di circa 45°C, viene immessa nella rete di distribuzione dell’acqua calda sanitaria e/o nella rete di distribuzione dell’impianto di riscaldamento domestico.

IMPIANTO SOLARE TERMICOEsistono principalmente 2 tipologie di pannelli solari, ognuna delle quali è più indicata all’integrazione di un tipo di impianto:

PANNELLI SOLARI VETRATI PIANI PANNELLI SOLARI TUBOLARI

IMPIANTO SOLARE TERMICOEsistono principalmente 2 tipologie di pannelli solari, ognuna delle quali è più indicata all’integrazione di un tipo di impianto:


Principi per il dimensionamento

• Per la sola produzione di (ACS) Acqua Calda Sanitaria occorre 1 mq di superficie attiva di pannello (cioè di superficie del pannello atta ad assorbire la radiazione solare) per ogni persona dell’unità abitativa.

• Il serbatoio di accumulo è normalmente della capacità di 75 litri/giorno apersona.

• L’impianto va dimensionato in base al numero di componenti dell’u nitàabitativa.

• Nel caso di integrazione all’impianto di riscaldamento dell’edificio, andràdimensionato anche in base ai consumi annui per tale riscaldamento.


Per dimensionare un impianto a pannelli solari bisogna conoscere:

‐ il fabbisogno termico q da soddisfare, espresso in J/giorno;

‐ il valore medio‐giornaliero dell’insolazione del luogo;

‐ il rendimento del pannello η (tra 0,5 e 0,75).


1) calcolo del fabbisogno termico annuo:

Q=cs*V*(t ‐‐‐‐ta)*365=4186*V*(t ‐‐‐‐ta)

cs il cal.specifico dell’acqua (4186),

V la quantità di acqua da scaldare,

t la temp. richiesta (50°C),

ta la temp. di immissione (15°al nord, 20°al centro su d)


2) calcolo dell’energia captabile per unità di superficie Au:

Au = A (giornaliera) * η*365*k

k (tra 1,10 ed 1,15) tiene conto della maggior efficienza dovuta all’inclinazione del pannello rispetto all’orizzontale,

A è insolazione giornaliera,

η è il rendimento del pannello.


3) calcolo della superficie S (in m2) dei collettori:

La superficie necessaria per scaldare una certa quantità di acqua è

S=Q/Au

S = [cs*V*(t ‐‐‐‐ta)*365=4186*V*(t ‐‐‐‐ta)] / [A (giornaliera) * η*365*k]

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