Fotovoltaico Energia Solare

solare fotovoltaico

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

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

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


Pannelli solari chiamati "non integrati".

PV Principio di funzionamento

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

Il silicio è il componente principale di una cella fotovoltaica.

Fisica di una cellula fotoelettrica (tratta dal sito web CEA)


Schema operativo di una cella fotoelettrica.

Il silicio è stato scelto per realizzare le celle solari fotovoltaiche per le sue proprietà elettroniche, caratterizzate dalla presenza di quattro elettroni sul suo strato periferico (colonna IV della tabella di Mendeleiev). Nel silicio solido, ogni atomo è collegato 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 muoversi attraverso la 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 di colonna III (boro per esempio), manca un elettrone per eseguire tutte le connessioni e un elettrone può venire a colmare questa mancanza. Diciamo quindi che c'è una conduzione attraverso un foro e che si dice che il semiconduttore sia drogato di tipo p. Atomi come boro o fosforo sono droganti di silicio.

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Quando un semiconduttore di tipo n viene messo in contatto con un semiconduttore di tipo p, gli elettroni in eccesso nel materiale n si diffondono nel materiale p. L'area inizialmente drogata viene caricata positivamente e l'area inizialmente drogata viene caricata negativamente. Viene quindi creato un campo elettrico tra le zone n e p, che tende a respingere gli elettroni nella zona n e viene stabilito un equilibrio. È stata creata una giunzione e aggiungendo contatti metallici sulle aree n e 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.

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I moduli attuali differiscono in base al tipo di silicio che usano:

  • 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 "spread" sono realizzati in silicio amorfo ad alta energia energizzante e presentati in strisce flessibili che consentono una perfetta integrazione architettonica.

produttori di celle.

Le cinque maggiori aziende produttrici di celle fotovoltaiche condividono il 60% del mercato mondiale. Queste sono le società giapponesi Sharp e Kyocera, le società americane BP Solar e Astropower e la 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 spaziale. In effetti, quasi tutta l'energia elettrica dei satelliti viene fornita dal fotovoltaico (alcuni satelliti avrebbero piccoli motori stirling).

benefici

  • Energia elettrica non inquinante in uso ed è in linea con il principio dello sviluppo sostenibile,
  • Fonte di energia rinnovabile perché inesauribile a misura d'uomo,
  • Può essere utilizzato nei paesi in via di sviluppo senza una significativa rete elettrica o in siti isolati come in montagna dove non è possibile collegarsi alla rete elettrica nazionale.


Esempio di fornitura del sito isolato, un sismografo alimentato da un pannello fotovoltaico del 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 picco di watt 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 offre solo una bassa potenza,
  • molto limitato, ma mercato in crescita
  • l'elettricità viene prodotta solo durante il giorno mentre la più alta richiesta viene fatta di notte,
  • immagazzinare elettricità è molto difficile con le tecnologie attuali (costo econologico molto elevato delle batterie),
  • durata: da 20 a 25 anni, dopo che il silicio "cristallizza" e rende inutilizzabile la cella,
  • 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)

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