TIPOLOGIA CELLE FOTOVOLTAICHE

ITIS G. CARDANO

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CELLA FOTOVOLTAICA

Unità base in cui si realizza la conversione dell’energia ricevuta tramite la radiazione solare.

Attualmente la maggior parte delle celle fotovoltaiche in commercio è costituita da semiconduttori al SILICIO.

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??? PERCHE’ IL SILICIO ???

A differenza di altri elementi semiconduttori è disponibile sul nostro pianeta in quantità pressoché illimitata.

La sabbia è composta per il 25 % circa da silicio.

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??? PERCHE’ IL SILICIO ???

.E’ largamente utilizzato nell’industria elettronica che ha agevolato lo sviluppo

degli attuali metodi di raffinazione, lavorazione e drogaggio.

I processori contengono Silicio.

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??? PERCHE’ IL SILICIO ???

Gli scarti della lavorazione dei componenti elettronici possono essere riciclati

dall’industria fotovoltaica che tollera maggiori concentrazioni di impurità.

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TRATTAMENTO DEL SILICIO

Il silicio grezzo per poter essere utilizzato deve subire una serie di trattamenti molto delicati.

1 – In primo luogo deve essere trasformato in TRICLOROSILANO che è liquido.

2 – Viene purificato con trattamento chimico fino a percentuali di purezza del 99 %.

3 - Viene fatto solidificare in un lingotto di forma cilindrica del diametro di 13 – 20 cm e lunghezza che può arrivare a 200 cm.

4 – Il lingotto viene tagliato con speciali seghe a filo in “ fettine “ dette WAFERS con spessore di 250 – 300 micron.

A seconda della complessità del trattamento si ottengono tre tipologie di celle.

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SILICIO A CRISTALLO SINGOLO O MONOCRISTALLINO

La celle si ottiene da un unico grande cristallo di silicio. Ha colore uniforme e scuro tra il blu notte e il nero. Generalmente di forma quadrata con spigoli

smussati, particolare che permette di distinguerli dagli altri tipi. Rendono meglio delle celle in silicio policristallino in condizioni di esposizione ottimale (luce

perpendicolare e assenza di nuvole).

RENDIMENTO CELLA 14 – 17 %

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CELLA A SILICIO POLICRISTALLINO

Si ottiene a partire da molti cristalli. Hanno forma quadrata e colore bluastro con riflessi determinati dal posizionamento casuale dei singoli cristalli. Le celle sono unite tra di loro senza spazi intermedi. Hanno un rendimento inferiore di quelle a

silicio monocristallino.

RENDIMENTO CELLA 12 – 14 %

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SILICIO AMORFO O A FILM SOTTILE

E’ una forma non cristallina del silicio. Nel silicio amorfo gli atomi non formano un reticolo cristallino ordinato ma disordinato ( alcuni atomi presentano ancora legami disponibili ) .Questi legami disponibili costituiscono dei difetti nel reticolo

e sono responsabili del suo comportamento elettrico. Il silicio amorfo viene depositato su superfici di altro materiale ( vetro, plastica ).

RENDIMENTO* CELLA 5 – 7 %

* Il rendimento subisce un decadimento di circa il 30% già nel primo mese di vita che impone un sovradimensionamento della superficie da installare.

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PERDITE DI RENDIMENTO CELLA FOTOVOLTAICA

I fattori più comuni di perdita di rendimento di una cella fotovoltaica sono: 

Esposizione non ottimale, cioè diversa da quella rivolta a sud e con inclinazione di circa 30 gradi rispetto al piano orizzontale. ( Riduzione di produttività per esposizione non ottimale ).

Mismatching, cioè il fenomeno che provoca un rendimento medio dell'impianto fotovoltaico inferiore a quello medio dei singoli pannelli per il fatto che in una catena di pannelli collegati in serie, la produzione di ogni pannello si adegua a quella del pannello più debole. ( Perdite di rendimento dovute al “ mismatching “ ). Temperatura non ottimale, cioè maggiore di 25°C, che, nei moduli al silicio, comporta una riduzione del 4% della produttività ogni 10°C di aumento. In mancanza di dati precisi, si consiglia di stimare questa perdita uguale al 4%.

Riflessione, cioè raggi che non vengono assorbiti dal modulo fotovoltaico ma riflessi altrove. In mancanza di dati precisi, si consiglia di stimare questa perdita uguale al 2%.

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PERDITE DI RENDIMENTO CELLA FOTOVOLTAICA

Ombreggiamento, cioè ombre causate da ostacoli all'interno o nei pressi del campo fotovoltaico.

Dispersione nell'inverter. In mancanza di dati precisi, si consiglia di stimare questa perdita uguale al 7,5%.

Dispersione nei quadri in corrente continua. In mancanza di dati precisi, si consiglia di stimare questa perdita uguale al 2%.

Polvere, che diminuisce la trasparenza del vetro che protegge il modulo fotovoltaico. Si consiglia di stimare questa perdita uguale al 1%.

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PERDITA DI PRODUTTIVITA’ PER ESPOSIZIONE NON OTTIMALE

Durante l’installazione di un impianto fotovoltaico è bene sempre verificare la corretta esposizione dei pannelli: l’ideale è sicuramente a sud, ma accettabile fino a est o ovest, con una perdita di producibilità di circa il 20 %, e

sud-est o sud-ovest con una perdita del 5% circa. L’inclinazione ottimale per le latitudini italiane va invece dai 29 ai 33 gradi. Un impianto con tilt a 0° (modulo in

orizzontale) comporta una perdita di producibilità di circa il 10 % rispetto all’inclinazione ottimale.

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PERDITA DI PRODUTTIVITA’ PER ESPOSIZIONE NON OTTIMALELa posizione dei moduli fotovoltaici rispetto al sole influisce notevolmente sulla quantità di

energia captata e quindi sulla quantità di energia elettrica generata. I parametri che direttamente influiscono sul fenomeno sono:

* angolo di inclinazione rispetto al terreno (angolo di tilt)* angolo di azimut

La produzione di energia elettrica nell'emisfero Nord è massima per l'esposizione Sud con angolo di inclinazione pari alla latitudine locale sottratta di 10° circa.

Rispetto pertanto alla soluzione ottimale con inclinazione di 30° il sistema fotovoltaico perde circa il 10-12% nell'applicazione su superficie orizzontale e ben il 35% nell'applicazione su facciata verticale. L'influenza dell'angolo di azimut è invece minore. In un intervallo di angoli di azimut compresi tra -45°e + 45° rispetto al Sud (angolo di azimut compreso tra sud-est e sud-ovest) i

valori della radiazione incidente non si discostano significativamente dal valore massimo. Orientando infatti i sistemi fotovoltaici a Sud-Est oppure a Sud-Ovest si avrebbe una perdita pari

a solo il 5%. Se si desidera aumentare la producibilità in una stagione piuttosto che in un'altra allora occorre modificare l'inclinazione in modo da rendere la superficie dei moduli sempre

ortogonale alla luce incidente. In estate bisogna abbassare i moduli riducendo l'angolo fino a 10° - 15°, d'inverno occorre alzare maggiormente i moduli fino ad un angolo di 60° circa rispetto

all'orizzontale.

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PERDITA DI PRODUTTIVITA’ PER MISMATCHING

Il mismatching è il fenomeno che provoca un rendimento medio dell'impianto fotovoltaico inferiore a quello medio dei singoli pannelli per il fatto che in una catena di pannelli collegati

in serie, la produzione di ogni pannello si adegua a quella del pannello più debole.

Per esempio, unendo tre moduli rispettavimente da 100, 100 e 93 Watt, la potenza complessiva non è 293 Watt, ma 279, vale a dire 3 x 93. Lo stesso risultato si ha

combinando, ad esempio, tre moduli rispettivamente di 109, 93 e 102 Watt.

Non c'è quindi compensazione tra moduli che producono di più e moduli che producono di meno, ma tutti si adeguano a quello meno potente.

Il fenomeno del mismatching è diretta conseguenza della variabilità della potenza effettiva dei moduli fotovoltaici rispetto al valore nominale, all'interno della fascia di tolleranza

dichiarata dal costruttore

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PERDITA COMPLESSIVA

In base a quanto sopra esposto, per calcolare la produttività netta dell'impianto fotovoltaico, si consiglia di applicare i seguenti coefficienti di perdita:

Esposizione non ottimale: determinare secondo le indicazioni già riportate.

Mismatching: usare un valore pari alla tolleranza negativa della potenza nominale del pannello fovoltaico (caso peggiore), oppure pari alla metà di essa (caso medio)

Tutti gli altri fattori cumulativamente: 16%

Inoltre bisogna tenere conto del fatto che la potenza dei moduli fotovoltaici diminuisce ogni anno di un valore compreso tra lo 0,5 e 1 %