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L’ENERGIA FOTOVOLTAICA. Trasformazione di energia luminosa in energia elettrica - Effetto luce, sotto forma di fotoni, su giunzione p-n. E = hf  c = h / E G  c = 1,24 / E G. RENDIMENTO DELLE CELLE FV. Rendimento di una cella  = Pout / Pin = Pout / A . E

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Presentation Transcript
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L’ENERGIA FOTOVOLTAICA

Trasformazione di energia luminosa in energia elettrica

- Effetto luce, sotto forma di fotoni, su giunzione p-n

E = hf

c = h / EG

c = 1,24 / EG

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RENDIMENTO DELLE CELLE FV

Rendimento di una cella= Pout / Pin = Pout / A . E

Pout(W) = potenza erogata - Pin = potenza luminosa

A (m2) = area utile - E(W/ m2) = energia incidente

CAPACITA’ DI ASSORBIRE LA LUCE dipende:

DAL MATERIALE :

- SILICIO MONOCRISTALLINO

- SILICIO POLICRISTALLINO

- SILICIO AMORFO

DALLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA:

- FILM SOTTILE

- A CONCENTRATORE

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IL PRINCIPIO FOTOVOLTAICO APPLICATO ALLA CELLA

Circuito equivalente

Rs

Rc

Rc

I

D

Rsh

I- generatore ideale di corrente

D- effetto rettificante della cella / p-n

Rsh - dovuta a dispersioni interne (leakage)

Rs - dovuta al contatto catodo-semiconduttore

Rc - rappresenta carico / generico utente

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TEORIA GIUNZIONE p-n APPLICATA AL FENOMENO FV

  • I = I0 (e V/VT - 1) I = ISC + I0 (1 - e V/VT )
  • Vmax = Voc = VTln ( 1 + Isc / I0 ) ==> Voc crsce conlegge logaritmicaIsc
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Vm , Im - tensione e corrente di max potenza

  • Voc - tensione a vuoto (circuito aperto)
  • Isc - corrente di corto circuito
  • MP - massimo prodotto V x I

MP

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IL SISTEMA FOTOVOLTAICO

Campo FV

Sistemi di controllo - carica batteria, tensioni in e out inverter

Convertitori (INVERTER) - LCI (sistemi grid c.) / SCI (isolati)

Accumulatori - piombo acido

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COMPONENTI DI UN SISTEMA FV

Sezione tipica di un modulo FV

slide10

COMPONENTI DI UN SISTEMA FV

CAMPO FV

a

Cella

Modulo

Pannello

Stringa

Campo o generatore FV

Db

Collegamenti elettrici di stringa

Dp - diodo di bypass

Db - diodo di blocco

Dp

Inseguitore solare

slide11

COMPONENTI DI UN SISTEMA FV

Unidirezionali CC ==> CA

Ristretto campo tensioni in ingresso

Tecnica PWM a migliaia di Hz

Commutaz.ne ad alta frequenza (IGBT-MOSFET)

INVERTER x FV

f p >> f m

Vu

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IL SISTEMA FV - STAND ALONE

FILTRO lato

C.A.

CC / CA

INVERTER

SCI

CAMPO FV

RETE

in

ISOLA

PROTEZIONI

BATTERIA ACCUMULATORI

R

UNITA’

di

CONTROLLO

R : Regolazione tensione e fase out -costante

slide13

IL SISTEMA FV - GRID CONNECTED

C.C.

/

C.C

INVERTER

LCI

C.C. / C.A.

FILTROlato

C.A.

FILTROlato

C.C.

PROTEZIONI

RETE

PUBBLICA

CAMPO

FV

R- MPPT

R-V out

R- f rete

UNITA’

di

CONTROLLO

R- MPPTRegolazione punto MPPT

FILTRO C.C. Mantiene tensione costante

R-V out : Regolazione tensione out

FILTRO C.A. filtra armoniche dispari

R- f reteSincronismo frequenza di rete

PROTEZIONI max corrente e /o corto c.

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APPLICAZIONE A GRUPPI UPS COME SOLUZIONE ANTI BLACK-OUT

Rivolta ad utente con UPS cui dare valore aggiunto

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APPLICAZIONE A GRUPPI UPS COME SOLUZIONE

ANTI BLACK-OUT

UPS indispensabile in casi critici: allarmi, computer, sistemi rilevazione

Vantaggi:

- utilizzo energia FV altrimenti sprecata

- sorgente energetica addizionale

- riserva

- costo incrementale minimo su UPS esistente (filtri,interr.ri, protez)

- zero inquinamento

- produzione ed utilizzo nel punto di max domanda

- inverter con trasformatore

- isolamento galvanico secondo norme sicurezza

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ALTRI ESEMPI APPLICATIVI - FV

- Abbinamento Energia FV-Irrigazione a goccia

(sintonia impinati FV e piante)

- Impianto antenna su Marmolada 3,6 kWp alimenta ripetitori telef.mobile

( gruppo UPS + batterie + rete elettrica)

- Idrolisi nella produzione di H2 - 1kWh per m3

- Barriere antirumore . tratto stradale Perugia-Bettolle

- Tetti FV - contributi 75% senza IVA x installazione

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VALUTAZIONI ECONOMICHE

Costi di installazione Energia FV

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VALUTAZIONI ECONOMICHE

Durata e affidabilitàdipendono da:

temperatura e irraggiamento

Dati ricavati da indagine LEEE su camp.ne di 78 moduli e studi impianto TISO (SVI)

LEEE-SUP.SI - Laboratorio Energia Ecologia Economia-Scuola Univ.ria Prof.le. - Svizzera It.

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PROSPETTIVE / SVILUPPI

Evoluzione tecnologica

- Celle : Si-amorfo (basso spessore supp. Flessibili - forte instab.tà )

CIS /CIGS -facile prod e basso costo / no unif.tà prestazioni

CdTe - a 4 strati e tre giunzioni, η > 15%, basso sp e costi- inquinante

nanocristallina : TiO2- tipo “fotosintesi”: costi di 5 volte < Si

- Moduli : a bassa riflettenza: coat a 4 strati a rifraz. Altern. (Si3N4 eSiO2)

curvi: adattamento di celle Si a sup. curve: sfrutta angolo sole

- Inverters: modulari, tecnologie SMD-Surface Mounting Devices)

- trasformatori: tecnologia DSP-Digital Signal Processing

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CONSIDERAZIONI FINALI

OBIETTIVO

Riduzione degli sprechi e produzione dell’energia richiesta dove utilizzatza

- Energia FV (rinnovabile) anche se complementare

- Cogenerazione

- Ricerca di integrazione in strutture edilizie

- Rispetto Situazione Ambientale (Impegni di Kyoto)

- La situazione dell’Italia:

Potenza FV installata a fine 2002: 22.000 kWp (+10% su 2001)

Legge 283/2003:

. entro 2010 22% fabbisogno elettrico da fonti rinnovabili

. incentivi su produzione energia (non su investimenti iniziali v. tetti FV)