Fotovoltaico: il futuro dell'energia

Tesina Esame di Stato

Fotovoltaico:

Il futuro dell‟energia

Stefano Speranza – Liceo Scientifico Statale A. Vallisneri – Classe 5°

5 °

A

A.S. 2008

2008--2009 – Lucca

Una tecnologia praticamente perfetta

Un pannello fotovoltaico produce più energia di

 quanta se ne impiega per produrlo

Attualmente il fotovoltaico è la tecnologia con

 maggior crescita (raddoppia ogni 2 anni )

[1]

Il sole è una fonte “democratica” di energia:

 illumina ogni casa

La durata media garantita di un pannello

 fotovoltaico commerciale è di 20-25 anni

I “wafer” usati per creare componenti

 elettronici come CPU possono essere

ritrasformati in pannelli fotovoltaici [2]

Storia del fotovoltaico

1839 Bécquerel scopre l'effetto foto-galvanico nei liquidi

• (alcune reazioni chimiche indotte dalla luce generano

elettricità)

1883 L'inventore statunitense Charles Fritz produce la prima

• cella solare grande circa 30 centimetri quadrati a base di

selenio

1905 Albert Einstein pubblica la sua teoria sull„effetto

• fotoelettrico (emissione di elettroni da parte di un metallo

irraggiato - il fotovoltaico ne è un sottocategoria) che gli

porterà il premio Nobel

Anni „50: intenso sviluppo dovuto alla ricerca di fonti di

• energia per i programmi spaziali

1963 La giapponese Sharp produce i primi moduli fotovoltaici

• commerciali

1982 In Svizzera viene realizzato il primo impianto

• fotovoltaico per la produzione di energia elettrica su grande

scala

2008 Produzione effettiva globale 15 GW contro i 16 TW di

• energia totale consumata nel mondo

Basi del pannello fotovoltaico:

Semiconduttori

I semiconduttori sono materiali caratterizzati da:

Resistività intermedia fra conduttori e isolanti

 Crescita della conduttività al crescere della

 temperatura

Particolare sensibilità alla luce: se irraggiati o

 riscaldati liberano alcuni elettroni di valenza che

diventano di conduzione

Per sfruttare al massimo alcune proprietà, essi

 vengono “drogati”

Basi del pannello fotovoltaico:

Drogaggio Figura 1: struttura del

reticolo cristallino del silicio

in forma pura. Sono presenti

4 elettroni di valenza

Figura 2: esemplificazioni di

drogaggio tipo n e tipo p.

L‟arsenico (As), pentavalente,

forma quattro legami covalenti

mentre un elettrone resta

libero (atomo donatore). Il

Boro (B) invece, trivalente,

prende un elettrone dal silicio

(Si) creando una “lacuna”

Basi del pannello fotovoltaico:

Il diodo

Drogando il silicio con materiali pentavalenti e trivalenti si

 ottengono rispettivamente silicio-n e silicio-p:

il primo ha un eccesso di elettroni e il secondo un eccesso di

cariche positive, dette “lacune”

Mettendo a contatto un semiconduttore tipo p e uno di tipo n si

 ottiene una giunzione p-n detta anche diodo a semiconduttore.

Basi del pannello fotovoltaico:

Effetto Fotovoltaico

Quando la luce colpisce semiconduttore fornisce energia ai

 suoi elettroni più esterni e, se questa è sufficiente, l'elettrone

risulta libero di allontanarsi dall'atomo di origine, divenendo

così un elettrone di conduzione (legame metallico).

Gli elettroni così liberati, a causa della d.d.p. della giunzione

 p-n, sono costretti a muoversi nella stessa direzione, da “p” a

“n”, generando così una corrente elettrica continua

L‟impianto fotovoltaico

Quadro: il quadro elettrico necessario al

 collegamento

Parte esterna: devono essere

 completamente isolati ( )

IP 55/65- IP 56/66 [3]

Collegamenti in parallelo

 Inverter: poiché la corrente è continua, è

 necessario trasformarla in corrente

alternata con voltaggio efficiente 240

2009: Samsung Blue Earth

Realizzato in plastica riciclata ricavata dalle bottiglie – pannello

[4] [5]

fotovoltaico integrato – RoHS

Efficienza Solare

termodinamico

Solare

fotovoltaico

Solare termico

Sviluppi futuri e sviluppi avanzati

Pannelli installati su satelliti artificiali che

 inviano la corrente sulla Terra dopo averla

convertita in onde E.M. [6]

Materiali speciali per diminuire la

 riflessione della luce solare e aumentarne

quindi l‟assorbimento dal 60 al 90% [7]

Solare termodinamico sviluppato dal

 Nobel per la fisica Carlo Rubbia