Finalità: contesto per il progetto shield fotovoltaico

Storia:

• 1839 scoperta del fenomeno (Becquerel)
• 1940 tecnologia basata sul silicio
• 1958 primo utilizzo nel satellite Vanguard I
• anni '70 utilizzo per utenze civili (con bassi consumi) non raggiunte dalla rete pubblica
• poi impianti di produzione fino a 85 MW (Montalto di Castro, secondo in Europa)

Vantaggi:

• basso impatto ambientale (silenzioso, non inquinante)
• buona affidabilità e lunga durata (niente parti in movimento, poca manutenzione)
• basso impatto visivo (integrabile negli edifici)
• modularità e ampia gamma di potenza (da pochi mW a MW, impianti facilmente ampliabili)
• installazione facile ed economica
• basso costo di smaltimento
• effetti etico-politico-economici (fonte rinnovabile, minore dipendenza dal petrolio)
• incentivazione (conto energia, sgravi fiscali)

Difetti:

• soluzione non autosufficiente perché
  • intermittenza (notte, ombreggiamento)
  • difficoltà di accumulo dell'energia
  • produzione e domanda di energia non coordinate
• alto costo

Principio di funzionamento:

• giunzione PN come in diodo e relativa caratteristica
• la giunzione è esposta (come nei fotodiodi); se colpita da radiazione luminosa la caratteristica si sposta e si ha conduzione inversa e comportamento da generatore (eroga energia); fig 30.2 molto utile
• cella fotovoltaica: molti diodi in parallelo; converte energia della radiazione in energia elettrica
• approfondimento su radiazione e spettro (no!)
• prestazioni dipendono da:
  • irraggiamento W/m^2 (meteo, ora, stagione, inquinamento, elevazione quindi latitudine)
  • temperatura cella (se sale peggiorano perché cala Voc)
• condizioni standard: 1000W/m^2 a 25°C

Tecnologie:

• silicio monocristallino (alto rendimento, alto costo)
• silicio policristallino (medio)
• silicio in film, amorfo
• altri semiconduttori

Caratteristica giunzione (conviene guardare solo quella del modulo?):

• Voc costante e circa 0,6 V
• Isc dipende da superficie e radiazione

Moduli:

• modulo: assemblato con celle in serie e parallelo per ottenere determinate caratteristiche elettriche/meccaniche
• costruzione:
• caratteristiche elettriche:
  • Watt di picco (condizioni standard)
  • tensione nelle condizioni di massima potenza
• generatore fotovoltaico: moduli in serie e parallelo per ottenere determinate caratteristiche elettriche/meccaniche
• posizionamento: possibilmente perpendicolare (Sud, 30°)

Caratteristica:

• da quella di giunzione a cella (sommo le correnti) a modulo (sommo le tensioni): fig 30.6
• 3 tratti: gen corrente, gen tensione, potenza costante (nel ginocchio)

Applicazione in continua:

• gen corrente: no, le prestazioni calano troppo con irraggiamento
• gen tensione: per piccoli carichi accettando variazioni/calo prestazioni
• su batteria ( ci vuole un diodo!) con V=Vpicco: per media potenza, lavora a potenza massima
• su batteria con convertitore DC/DC: MPPT (Maximum Power Point Tracking) e potenza massima ma maggior costo

Applicazione in alternata:

• serve un inverter (MPPT, conversione con f=50Hz, sincronismo con la rete per cessione energia, filtro RFI, cosfi=1)
• grid-connected: possibile cessione produzione in eccesso
• stand-alone: con parco batterie (tensione bassa, regolatore di carica per non danneggiarle)

• da giunzione a caratteristica
• costruzione cella: geometria, parti, contatti, materiali (ben fatto)
• tecnologia: mono, poli, film
• moduli: aumentare V e I, collegamenti, potenza
• irraggiamento dipende da: cond. atmosferiche (nuvolo, umidità, inquinam.), latitudine, periodo anno (ben fatto)
• efficienza dipende da: tecnologia, condizioni di irraggiamento, temperatura (ben fatto)
• insolazione come irraggiamento giornaliero

• http://www.pveducation.org/
  • rumore, inquinamento, parti mobili → robusti, affidabili e durevoli