LA CELLA FOTOVOLTAICA

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LA CELLA FOTOVOLTAICA. di S alvatore M assimo G ebbia E Danilo Pirrone. I MATERIALI SI DIVIDONO IN:. ISOLANTI Plastica Legno Vetro Ceramica Plexiglass. CONDUTTORI Rame Piombo Stagno Metalli Acqua. MATERIALE ISOLANTE. - PowerPoint PPT Presentation

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  • LA CELLA FOTOVOLTAICAdi Salvatore Massimo GebbiaE Danilo Pirrone

  • I MATERIALISI DIVIDONO IN:ISOLANTI

    PlasticaLegnoVetroCeramicaPlexiglass

    CONDUTTORI

    RamePiomboStagnoMetalliAcqua

  • MATERIALE ISOLANTEApplicando una differenza di potenziale ai capi di un materiale isolante le cariche negative rappresentate dagli elettroni non possonostaccarsi dal nucleo e, pertanto, tali materiali non consentonoil passaggio di corrente elettrica.

  • MATERIALE CONDUTTOREApplicando una differenza di potenziale ai capi di un materiale conduttore le cariche negative rappresentate dagli elettroni possonostaccarsi dal nucleo muoversi liberamente allinterno del materiale.Tali materiali, pertanto, consentono il passaggio della corrente elettrica.

  • ESISTONO POI I MATERIALI SEMICONDUTTORIIn questo tipo di materiali, (es. silicio),gli elettroni assorbono lenergiadai fotoni che ne investono la superficie.Tale carica acquisita, gli consentedi liberarsi dal nucleo e cio avvieneproporzionalmente alla quantitdi fotoni irraggiati.

  • In assenza di fotoniCella irradiata da molti fotoni

  • QUANDO LA CELLA VIENE IRRADIATA DALLA LUCESI CREA UNA DIFFERENZA DI POTENZIALECHIUDENDO IL CIRCUITOSI AVRA CIRCOLAZIONE DI CORRENTE

  • 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).

  • CELLA SOLARE

    Una cella solare, detta anche cella fotovoltaica, un dispositivoche converte l'energia luminosa in energia elettrica.

    A volte il termine cella solare usato per denominare dispositiviche 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,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,si crea un campo elettrico che poi viene trasformato in energia.

  • 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 ela cui resistivit diminuisce alcrescere della temperaturae per la presenza di impurit. L'effetto fotovoltaico consiste nella generazione di una differenzadi potenziale elettrico, grazie all'integrazione di un flusso dienergia radiante con la materia.

  • Con lesperienza di laboratorio, studieremo la trasformazione di Energia Luminosa (fotoni), in Energia Elettrica.Simulando leffetto dei raggi solari che colpiscono questi materiali semiconduttori.

  • Proveremo ora a calcolare la potenza elettrica sviluppata (P) Wattconoscendo lintensit di corrente (I) Amperee la differenza di potenziale o tensione (V) VoltSapendo che:RI (Ampre)V+V-P = L / tLa potenza uguale al lavoro sul tempoP = V * IMa anche al prodottodella tensione per la correnteAV

  • 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

  • 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:

  • I grafici seguenti rappresentano in modo immediato i dati della precedente tabella.

    Possiamo osservare come diminuisce la potenza resa riducendo la quantit di fotoni.

    Grafico10

    13.513.5

    13.513.5

    10.510.5

    7.37.3

    5.45.4

    44

    3.23.2

    2.52.5

    2.12.1

    1.81.8

    GRAFICO DELLA TENSIONE

    Foglio1

    1813.512162

    2313.512162

    2810.59.397.65

    337.36.547.45

    385.44.825.92

    4343.514

    483.22.88.96

    532.52.25.5

    582.11.93.99

    631.81.62.88

    Foglio1

    GRAFICO DELLA TENSIONE

    Foglio2

    GRAFICO DELLA CORRENTE

    Foglio3

    GRAFICO DELLA POTENZA

    Grafico11

    12

    12

    9.3

    6.5

    4.8

    3.5

    2.8

    2.2

    1.9

    1.6

    GRAFICO DELLA CORRENTE

    Foglio1

    1813.512162

    2313.512162

    2810.59.397.65

    337.36.547.45

    385.44.825.92

    4343.514

    483.22.88.96

    532.52.25.5

    582.11.93.99

    631.81.62.88

    Foglio1

    GRAFICO DELLA TENSIONE

    Foglio2

    GRAFICO DELLA CORRENTE

    Foglio3

    GRAFICO DELLA POTENZA

    Grafico12

    162

    162

    97.65

    47.45

    25.92

    14

    8.96

    5.5

    3.99

    2.88

    GRAFICO DELLA POTENZA

    Foglio1

    1813.512162

    2313.512162

    2810.59.397.65

    337.36.547.45

    385.44.825.92

    4343.514

    483.22.88.96

    532.52.25.5

    582.11.93.99

    631.81.62.88

    Foglio1

    GRAFICO DELLA TENSIONE

    Foglio2

    GRAFICO DELLA CORRENTE

    Foglio3

    GRAFICO DELLA POTENZA

  • 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 haun 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 giunzioneuna coppia elettrone - lacuna checontribuisce alla conduzioneelettrica 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 elettroninello strato n. Collegando un conduttore a ciascuno degli strati p e n e chiudendo il circuito ci sar circolazione di corrente grazieal 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.

  • FINE