LA CELLA FOTOVOLTAICA di S alvatore M assimo G ebbia E Danilo Pirrone di S alvatore M assimo G ebbia...

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  • LA CELLA FOTOVOLTAICA di S alvatore M assimo G ebbia E Danilo Pirrone di S alvatore M assimo G ebbia E Danilo Pirrone
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  • I MATERIALI SI DIVIDONO IN: ISOLANTI Plastica Legno Vetro Ceramica Plexiglass ISOLANTI Plastica Legno Vetro Ceramica Plexiglass CONDUTTORI Rame Piombo Stagno Metalli Acqua CONDUTTORI Rame Piombo Stagno Metalli Acqua
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  • MATERIALE ISOLANTE Applicando una differenza di potenziale ai capi di un materiale isolante le cariche negative rappresentate dagli elettroni non possono staccarsi dal nucleo e, pertanto, tali materiali non consentono il passaggio di corrente elettrica.
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  • MATERIALE CONDUTTORE Applicando una differenza di potenziale ai capi di un materiale conduttore le cariche negative rappresentate dagli elettroni possono staccarsi dal nucleo muoversi liberamente allinterno del materiale. Tali materiali, pertanto, consentono il passaggio della corrente elettrica.
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  • ESISTONO POI I MATERIALI SEMICONDUTTORI In questo tipo di materiali, (es. silicio), gli elettroni assorbono lenergia dai fotoni che ne investono la superficie. Tale carica acquisita, gli consente di liberarsi dal nucleo e cio avviene proporzionalmente alla quantit di fotoni irraggiati.
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  • In assenza di fotoni Cella irradiata da molti fotoni
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  • R I (Ampre) V+V- QUANDO LA CELLA VIENE IRRADIATA DALLA LUCE SI CREA UNA DIFFERENZA DI POTENZIALE CHIUDENDO IL CIRCUITO SI AVRA CIRCOLAZIONE DI CORRENTE
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  • Che cos' il fotovoltaico? Il fotovoltaico una tecnologia che consente di trasformare direttamente la luce solare in energia elettrica, sfruttando il cosiddetto effetto fotovoltaico. Questo effetto si basa sulla propriet che hanno alcuni materiali semiconduttori opportunamente trattati (fra cui il silicio, elemento molto diffusso in natura), di generare direttamente energia elettrica quando vengono colpiti dalla radiazione solare, senza l'uso di alcun combustibile. Il dispositivo pi elementare capace di operare tale conversione la cella fotovoltaica che in grado di produrre circa 1/1,5 Watt di potenza quando investita da una radiazione di 1000 W/m2 (condizioni standard di irraggiamento).
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  • CELLA SOLARE Una cella solare, detta anche cella fotovoltaica, un dispositivo che converte l'energia luminosa in energia elettrica.energia luminosaenergia elettrica A volte il termine cella solare usato per denominare dispositivi che catturano l'energia solare, mentre il termine cella fotovoltaica usato quando la sorgente luminosa di natura non specificata. La cella solare, usata per produrre energia, ha un'efficienza compresa tra il 13 e il 20% Di solito le celle, costruite con materiale semiconduttore come il silicio,silicio che largamente diffuso in questo campo, sono spesse 0,25 mm. e hanno una forma quadrata di 125 x 125 mm. FUNZIONAMENTO Quando la cella esposta alla luce, se vengono introdotte delle impurit nella struttura cristallina del silicio, usato per la costruzione di celle solari,silicio si crea un campo elettrico che poi viene trasformato in energia.campo elettrico
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  • Su quali principi fisici si basa il funzionamento della cella fotovoltaica? La conversione fotovoltaica un fenomeno fisico che permette di trasformare direttamente l'energia luminosa in energia elettrica in strutture elementari, le celle fotovoltaiche. Questi dispositivi sono realizzati in materiali semiconduttori, materiali cio che conducono la corrente elettrica e la cui resistivit diminuisce al crescere della temperatura e per la presenza di impurit. L'effetto fotovoltaico consiste nella generazione di una differenza di potenziale elettrico, grazie all'integrazione di un flusso di energia radiante con la materia.
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  • Energia Luminosa Energia Elettrica. Con lesperienza di laboratorio, studieremo la trasformazione di Energia Luminosa (fotoni), in Energia Elettrica. semiconduttori Simulando leffetto dei raggi solari che colpiscono questi materiali semiconduttori.
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  • Proveremo ora a calcolare la potenza elettrica sviluppata (P) Watt conoscendo lintensit di corrente (I) Ampere e la differenza di potenziale o tensione (V) Volt Sapendo che: R I (Ampre) V+V- P = L / t La potenza uguale al lavoro sul tempo P = V * I Ma anche al prodotto della tensione per la corrente A V
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  • MATERIALE UTILIZZATO: Una cella fotovoltaica Una lampada con braccio variabile Cavi di connessione Una resistenza Un amperometro collegato in serie al circuito Un voltmetro collegato ai capi della resistenza
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  • Irraggiando con la lampada la cella fotovoltaica da una distanza iniziale di 18 cm. Abbiamo, con ripetuti spostamenti del braccio, rilevato tensioni e correnti secondo la seguente tabella: d = distanza (cm.) V = tensione (volt) I = corrente (mA milliampere) P = potenza (mW milliwatt) 1813,512162 2313,512162 2810,59,397,65 337,36,547,45 385,44,825,92 434,03,514 483,22,88,96 532,52,25,5 582,11,93,99 631,81,62,88
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  • I grafici seguenti rappresentano in modo immediato i dati della precedente tabella. Possiamo osservare come diminuisce la potenza resa riducendo la quantit di fotoni.
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  • Cenni teorici Le celle nello schema generale sono costituite da due strati di semiconduttore (solitamente composti a base di silicio) in contatto fra loro: uno strato di tipo n, o strato finestra (generalmente si tratta di silicio drogato con fosforo), caratterizzato da una certa quantit di cariche negative (elettroni) e uno strato di tipo p, o strato assorbitore (ottenuto drogando il silicio con boro), in cui si ha un eccesso di cariche positive. Alla giunzione, cio nella zona di contatto tra i due strati, si crea una barriera di potenziale. Ciascun fotone, dotato di energia e = h*v, in grado di liberare all'interno della giunzione una coppia elettrone - lacuna che contribuisce alla conduzione elettrica del semiconduttore. A causa della barriera di potenziale gli elettroni possono passare dallo strato p a quello n, ma non possibile il passaggio inverso: si crea cos un eccesso di elettroni nello strato n. Collegando un conduttore a ciascuno degli strati p e n e chiudendo il circuito ci sar circolazione di corrente grazie al passaggio degli elettroni che si ricombinano con le lacune. importante che la radiazione solare penetri in entrambi gli strati n e p ed per questo motivo che il primo strato molto sottile rispetto al secondo.
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