EDUCARSI AL FUTURO

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EDUCARSI AL FUTURO
Ente per le Nuove tecnologie, lEnergia e
lAmbiente
LA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA

• L. Zingarelli
• ENEA
• Area Sperimentale Monte Aquilone
• Manfredonia - FG

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Energia pulita, inesauribile e GRATIS! Un
sogno?
Il vento
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Energia pulita, inesauribile e GRATIS! Un
sogno?
No, le fonti rinnovabili
Il vento
Il sole
Lacqua
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Che forza il sole!
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Il sole
calore
luce
energia elettrica
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Effetto fotovoltaico cosè?
Leffetto Fotovoltaico o fotoelettrico consiste
nella conversione della energia proveniente dal
sole, sotto forma di radiazione solare, in
elettricità.
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Un pò di storia
L'effetto fotovoltaico è noto fin dal 1839, e
trova il suo fondamento nella esperienza del
fisico francese Edmond Becquerel (1820-1891) che
presentò alla Accademia delle Scienze di Parigi
la sua "Memoria sugli effetti elettrici prodotti
sotto l'influenza dei raggi solari".
Edmond Becquerel
Nel 1870 l'effetto fotovoltaico fu studiato in
solido sul selenio, da Heinrich Hertz, e nel
1876, da Willoughby Smith, William Adam e Richard
Day, i quali conclusero che tali celle erano in
grado di convertire la luce in elettricità con
una efficienza compresa fra 1 e il 2.
Heinrich Hertz
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Un pò di storia
Il principio fu meglio compreso nel 1905 da
Einstein - che nel 1921 per questa scoperta fu
premiato con il Premio Nobel per la fisica - e
nel 1930 da Walter Schottky. I due scienziati
posero le basi scientifiche per la realizzazione
della prima cella solare.
Albert Einstein
Nel 1954 Chapin, Pearson e Fuller, nei laboratori
della Bell Telephone, svilupparono la prima cella
basata su semiconduttori al silicio in grado di
convertire il 6 dell'energia solare in energia
elettrica.
Gerald Pearson, Daryl Chapin, e Calvin Fuller
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Un pò di storia
La prima applicazione di celle solari è dovuta
agli americani che nel marzo del 1958
alimentarono la trasmittente del satellite
artificiale Vanguard1 che ancora oggi è in orbita
attorno alla terra
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Il fotovoltaico oggi
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UNA CELLA FOTOVOLTAICA
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STRUTTURA DELLA CELLA
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Lefficienza della cella
Perdite ottiche
Perdite elettriche
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IL MODULO FOTOVOLTAICO

• Elemento base degli impianti fotovoltaici
• Costituito da celle fotovoltaiche collegate
  elettricamente e incapsulate
• Protezione meccanica e agli agenti atmosferici
• Isolamento elettrico
• Supporto strutturale
• Caratteristiche richieste
• Stabilità ai raggi ultravioletti
• Tolleranza alle temperature
• Capacità di smaltire il calore

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GLI ALTRI COMPONENTI
Struttura
Cavi
Inverter fotovoltaico
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Le nuove tecnologie
La ricerca
Celle innovative
Nuovi materiali
Silicio di grado solare
Celle di grandi dimensioni
Film sottili
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Le nuove tecnologie
Film sottili
Silicio amorfo
Semiconduttori composti policristallini
CIS - diseleniuro di indio CuInSe2
Tellururo di Cadmio CdTe
CIGS - diseleniuro di rame CuInGaSe2
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Distribuzione celle per tecnologia
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Le nuove tecnologie
Impianto Phocus
Modulo a concentrazione
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Un po di numeri fotovoltaici
Le nazioni(produzione moduli MW/anno)
Le industrie fotovoltaiche(produzione moduli
MW/anno)
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Un po di numeri fotovoltaici
2007
2300 MW
tot. 9000 MW
2010
7000 MW/anno
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Impianti fotovoltaici nel mondo
Il più grande
Il più grande impianto fotovoltaico in funzione
al mondo è ubicato a Waldpolenz, Germania. La sua
potenza nominale è di 24 MWp. Realizzato sul
vecchio aeroporto di Leipzig, nella Germania
dell'Est, si estende per 110 ettari. La centrale
che sta per produrre 24 megawatt di elettricita',
entro il 2009 arrivera'

a 40 megawatt, alimentando almeno 10.000 case e
consentendo di risparmiare ogni anno almeno
25.000 tonnellate di carbonio.
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Impianti fotovoltaici nel mondo
Il più grande su tetto
Il più grande impianto su tetto è probabilmente
il Fischer in funzione a Dingolfing, Germania. 82
ettari per una potenza totale di 3,7 MWp.
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Impianti fotovoltaici nel mondo
Il più grande di domani
OptiSolar è la società che sta costruendo
l'impianto fotovoltaico più grande del mondo, 1
miliardo di per 550 MW. L'impianto ad energia
solare produrrebbe elettricità sufficiente per
190.000 case coprendo una superficie di circa 25
Km quadrati a San Luis Obispo County nel
McClellan Park in California oltre ad un secondo
impianto di 220 MW sempre in California.
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Impianti fotovoltaici nel mondo
Il più grande integrato
Il più grande impianto fotovoltaico
architettonicamente integrato in funzione è
quello dei padiglioni fieristici di Monaco di
Baviera, per un totale di 1 MWp. L'integrazione
architettonica consiste nell'impiego dei moduli
fotovoltaici come infissi, ovvero in sostituzione
della copertura stessa degli edifici.
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Impianti fotovoltaici nel mondo
Ieri e oggi

• Pergola solare
• (Barcellona, Spagna 2007)
• 1 MWp - 112x50 metri 5600 mq

DELPHOS (Manfredonia Fg - Italia, 1986) 300
KWp mt 14430 4320 mq
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Impianti fotovoltaici nel mondo
Illuminazione pubblica
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Impianti fotovoltaici nel mondo
Kordofan (Sudan) Impianto fotovoltaico pompaggio
acqua da bere
Myeka (Sud Africa) Scuola rurale con elettricità
solare
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Il conto energia
Produrre energia pulita per la propria casa
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Uno sguardo al futuro
Celle fotovoltaiche senza silicio
Un gruppo di ricercatori dellIstituto
Tecnologico del New Jersey, ha sviluppato una
cella fotovoltaica economica e facile da usare
che non impiega silicio. E grazie ai nanotubi di
carbonio di cui è costituita, potrebbe essere
disegnata o stampata su pannelli di plastica
flessibili. Sviluppare celle solari organiche dai
polimeri è unalternativa economica e semplice,
afferma Somenath Mitra lo scienziato che guida il
progetto. Per fabbricare le celle solari
convenzionali, ovvero le unità di base dei
pannelli fotovoltaici, è indispensabile
avere silicio
Immagine di un nanotubo
altamente purificato, ottenuto con un processo
che è molto costoso in termini di energia
richiesta per la purificazione. Le celle solari
sviluppate dai ricercatori del New Jersey usano
nanotubi a parete singola e di forma cilindrica
combinati con altri a struttura ultrafine, 50'000
volte più piccola di un capello, detti fullereni.
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Uno sguardo al futuro
William Yuan e le celle fotovoltaiche 3D
William Yuan è un ragazzo di 12 anni di
Beaverton, USA. Nonostante la sua età, Yuan ha
già studiato la fusione nucleare e diversi tipi
di nanotecnologie ed è sulla buona strada per far
fare un salto alle tecnologie solari con le sue
celle fotovoltaiche 3D. La sua cella sarebbe in
grado di assorbire sia il visibile sia i raggi
UV. Se William Yuan avesse ragione, la sua celle
fotovoltaica 3D grazie alle nanotecnologie
assorbirebbe 500 volte più
energia solare di qualsiasi altro pannello
fotovoltaico ora in commercio e 9 volte più di
tutte le altre tecnologie a celle solari ora in
sviluppo. Per permettergli di proseguire negli
studi a William Yuan è stata assegnata una borsa
di studio di 25.000
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Uno sguardo al futuro
Celle fotovoltaiche con efficienza del 63
Un gruppo di ricercatori spagnoli guidati da
Perla Wahnon e Josè Conesa di Madrid sta
lavorando su un nuovo materiale in grado di
sfruttare sia i fotoni del visibile sia quelli
dell'infrarosso, quindi arrivare ad un massimo
teorico di efficienza pari al 63. Le celle
solari convenzionali si basano su un
semiconduttore come il silicio. Ma la loro
incapacità di assorbire circa il 30
dellenergia solare pone un limite teorico non
indifferente. Ora i ricercatori
spagnoli utilizzeranno questa idea per progettare
la loro nuova cella solare, aggiungendo il nuovo
materiale al titanio e vanadio dei semiconduttori
convenzionali modificando le proprietà
elettroniche per creare questo livello intermedio
di assorbimento di energia.
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Uno sguardo al futuro
Arriva il gel fotovoltaico
Produrre energia attraverso un gel. La scoperta
viene da una azienda italiana, la ESCO (Energy
Saving Company Energy) di Potenza. Un pool di
ingegneri e biochimici hanno lavorato
sull'applicazione nanotecnologica, fino a mettere
a punto un gel a base di silicio in grado di
produrre energia elettrica. Il gel, applicato
nelle intercapedini dei doppi vetri o colato
nella lastra e in ogni superficie vetrata,
diventa un generatore di energia elettrica.
Secondo quanto spiegato dal responsabile della
ricerca della Esco, Alessandro Cariani, ''il
costo e' pari alla meta' di un normale pannello
fotovoltaico'. L'energia solare viene catturata
e assorbita da piccoli terminali elettrici
installati nelle finestre, per essere poi
riversata in rete, permettendo una produzione di
cento watt/ora per ogni metro quadro di superficie
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EDUCARSI AL FUTURO
LA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA
fine

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