solare fotovoltaico

Si stima che alle latitudini in Francia, intorno ai 45 °, l'energia potenzialmente utilizzabile del sole sia di 1500kwh / m² all'anno.

Vedi la mappa del sole francese eradiazione solare DNI di Francia.

Con i rendimenti attuali circa 10 al 15% è ottenuto a 150 225kwh / m².an.

I cosiddetti pannelli solari “non integrati”.

PV Principio di funzionamento

Una cella fotovoltaica è costituita da materiali semiconduttori. Questi sono in grado di trasformare l'energia fornita dal sole in una carica elettrica e quindi in elettricità perché la luce solare eccita gli elettroni di questi materiali. La curva di assorbimento di questi materiali parte da lunghezze d'onda basse fino a una lunghezza d'onda limite che è 1,1 micrometri per il silicio.

Il silicio è il componente principale di una cella fotovoltaica.

Fisica di una cellula fotoelettrica (tratta dal sito CEA)

Schema funzionale di una cellula fotoelettrica.

Il silicio è stato scelto per realizzare celle solari fotovoltaiche per le sue proprietà elettroniche, caratterizzate dalla presenza di quattro elettroni sul suo strato periferico (colonna IV della tavola di Mendeleiev). Nel silicio solido, ogni atomo è legato a quattro vicini e tutti gli elettroni nello strato periferico partecipano ai legami. Se un atomo di silicio viene sostituito da un atomo della colonna V (fosforo per esempio), uno degli elettroni non partecipa ai legami; può quindi spostarsi nella rete. C'è una conduzione da parte di un elettrone e si dice che il semiconduttore sia drogato di tipo n. Se, al contrario, un atomo di silicio viene sostituito da un atomo della colonna III (boro per esempio), manca un elettrone per creare tutti i legami, e un elettrone può venire a colmare questa lacuna. Diciamo quindi che c'è conduzione attraverso un foro e si dice che il semiconduttore è drogato di tipo p. Atomi come il boro o il fosforo sono droganti del silicio.

Quando un semiconduttore di tipo n viene portato in contatto con un semiconduttore di tipo p, gli elettroni in eccesso nel materiale n si diffondono nel materiale p. La zona inizialmente drogata n diventa caricata positivamente e la zona inizialmente drogata p diventa caricata negativamente. Si crea quindi un campo elettrico tra le zone ne p, che tende a spingere indietro gli elettroni nella zona n e si stabilisce un equilibrio. È stata creata una giunzione e aggiungendo contatti metallici sulle aree ne p, si ottiene un diodo.
Quando questo LED è illuminato, fotoni vengono assorbiti dal materiale e ogni fotone dà luogo a un elettrone e un foro (noto come coppia elettrone-lacuna). La giunzione del diodo separa gli elettroni e lacune, creando una differenza di potenziale tra i contatti N e P, e scorre una corrente se un resistore è posizionato tra i contatti del diodo (Figura).

le tecnologie disponibili.

I moduli attuali si distinguono per il tipo di silicio che utilizzano:

• monocristallo di silicio: le celle fotovoltaiche sono basati su cristalli di silicio incapsulati in un involucro di plastica.
• silicio policristallino: Le celle fotovoltaiche sono basati su policristalli silicio, meno costosi da produrre rispetto silicio monocristallino, ma hanno anche una resa leggermente inferiore. Questi policristalli sono ottenuti dalla fusione di rottami di silicio di grado elettronico.
• silicio amorfo: i pannelli “spalmati” sono realizzati con silicio amorfo ad alto potere energizzante e presentati in fasce flessibili che consentono una perfetta integrazione architettonica.

produttori di celle.

Le cinque maggiori aziende produttrici di celle fotovoltaiche condividono il 60% del mercato mondiale. Si tratta delle società giapponesi Sharp e Kyocera, delle società americane BP Solar e Astropower e della tedesca RWE Schott Solar. Il Giappone produce quasi la metà delle celle fotovoltaiche del mondo.

Applicazioni di energia elettrica solare

Attualmente le principali aree di utilizzo sono abitazioni isolate ma anche per dispositivi scientifici come i sismografi.

Il primo dominio ad aver utilizzato questa energia è il dominio dello spazio. Infatti, quasi tutta l'energia elettrica dei satelliti è fornita dal fotovoltaico (alcuni satelliti hanno piccoli motori stirling).

Avantages

• Energia elettrica non inquinante in uso e parte del principio di sviluppo sostenibile,
• Fonte di energia rinnovabile perché inesauribile a misura d'uomo,
• Può essere utilizzato sia nei paesi in via di sviluppo senza una rete elettrica importante sia in siti isolati come in montagna dove non è possibile connettersi alla rete elettrica nazionale.

Esempio di fornitura di un sito isolato, un sismografo alimentato da un pannello fotovoltaico proveniente dal vulcano Soufriere in Guadalupa.

svantaggi

• costo fotovoltaico è alta perché viene da high-tech,
• il costo dipende dalla potenza di picco, il costo attuale del watt di picco è di circa 3,5 € o circa 550 € / m² di celle solari,
• l'attuale rendimento delle celle fotovoltaiche rimane piuttosto basso (circa il 10% per il grande pubblico) e quindi fornisce solo bassa potenza,
• molto limitato, ma mercato in crescita
• la produzione di energia elettrica avviene solo di giorno mentre la richiesta maggiore è di notte,
• immagazzinare l'elettricità è molto difficile con le tecnologie attuali (costo ecologico molto alto delle batterie),
• durata della vita: da 20 a 25 anni, dopo che il silicio "cristallizza" e rende la cella inutilizzabile,
• inquinamento durante la produzione: alcuni studi affermano che l'energia utilizzata per fabbricare le celle non è mai redditizia durante i 20 anni di produzione,
• La stessa estremità del riciclo vita delle cellule pone problemi ambientali.

Altro:
- bilancio energetico di impianti solari fotovoltaici
- Mappa francese del campo solare
- Nei sistemi fotovoltaici Building Integrated (documento CEA)