Energia solare Il sole e lo spettro solare

Energia solare

Il sole e lo spettro solare Emissione del sole Emissione fotosferica l l Raggio medio della terra pari a circa 6, 37 x 106 m Superficie di captazione Si = 1, 27 x 1014 m 2 Riesce ad intercettare meno di 1/109 dell’energia solare emessa Valore enorme se confrontato con la scala delle energie per i fabbisogni umani Densità energetica incidente Potenza totale intercettata = = 1. 350 W/m 2 1, 71 x 1011 MW

Il sole e lo spettro solare Energie derivate dall’energia solare l Energia termica derivante dalla combustione del legno; l Energia termica derivante dalla combustione di carbone, idrocarburi, gas naturale; l Energia idroelettrica; l Energia Eolica; l Energia del moto ondoso.

La costante solare Intensità media della radiazione solare incidente in direzione normale ad una superficie posta al di fuori dell’atmosfera terrestre w 0 = 1. 353 W/m 2 (corrispondente alla distanza media Terra – Sole) Variazioni di w nel corso dell’anno (variazione della distanza reale Terra – Sole: Data radiazione solare (W/m 2) 1 Gennaio 1399 1 Luglio 1309 4 Gennaio 1399 3 Luglio 1309 1 Febbraio 1393 1 Agosto 1313 1 Marzo 1378 1 Settembre 1329 1 Aprile 1355 1 Ottobre 1350 4 Aprile 1353 5 Ottobre 1353 1 Maggio 1332 1 Novembre 1374 1 Giugno 1316 1 Dicembre 1392

Distribuzione spettrale dell’energia solare Distribuzione spettrale dell’energia raggiante solare esternamente all’atmosfera terrestre. ( ) (W/m 2 ) (da zero a ) 0. 15 0. 07 0. 008 0. 65 1511 562. 2 0. 20 10. 7 0. 11 0. 70 1369 634. 3 0. 25 70. 4 2. 63 0. 75 1235 699. 4 0. 30 514 16. 38 0. 80 1109 758. 0 0. 35 1093 61. 11 0. 90 891 857. 4 0. 40 1429 118. 1 1. 00 748 940. 2 0. 45 2006 204. 9 1. 50 288 1172 0. 46 2066 225. 3 2. 00 103 1265 0. 50 1942 305. 8 5. 00 3. 79 1346 0. 55 1725 397. 5 10. 00 0. 24 1352 0. 60 1666 482. 8 1000 zero 1353 ( ) (W/m 2)

Distribuzione spettrale dell’energia solare [ ] ( ) [W/m 2 ] m=0 m=1 m=4 m=7 m=10 0. 15 0. 07 zero 0. 20 10. 7 zero 0. 25 70. 4 zero 0. 30 514 4. 1 zero 0. 35 1093 481 40. 8 3. 5 0. 3 0. 40 1429 850 179 37. 6 7. 9 0. 45 2006 1388 460 153 50. 6 0. 50 1942 1451 606 253 106 0. 55 1725 1337 622 289 135 0. 60 1666 1320 656 326 162 0. 65 1511 1257 724 417 240 0. 70 1369 1175 744 471 298 0. 75 1235 1077 713 473 313 0. 80 1109 981 679 470 326 0. 90 891 449 184 92. 3 50. 0 1. 00 748 580 354 224 144 1. 50 288 151 88. 3 60. 2 39. 4 2. 00 103 69. 9 36. 1 17. 9 6. 5 5. 00 3. 79 2. 78 1. 71 1. 00 0. 54 10. 00 0. 24 zero 1000 zero zero Distribuzione spettrale dell’energia raggiante solare sulla superficie terrestre per diversi valori della massa d’aria.

Disponibilità di energia solare sulla superficie terrestre L'energia solare disponibile sulla superficie terrestre è fortemente discontinua ed irregolare per le seguenti ragioni: l l l Alternanza del giorno con la notte; Variazione della posizione del Sole nel cielo e quindi variazione sia della massa d'aria attraversata che dell'angolo di incidenza; Dipendenza del coefficiente di trasparenza dell'atmosfera per l'energia raggiante solare dalla composizione dell'aria (vapor d'acqua e inquinamento); Le condizioni astronomiche e climatologiche si modificano nel corso delle stagioni; La massa d'aria attraversata dalla radiazione solare varia in funzione dell'altitudine sul livello del mare; Gran parte dei parametri citati sono influenzati dalla posizione geografica della località considerata.

Stime di disponibilità di energia solare Non sempre sono disponibili misure dirette della radiazione solare per la località in esame, occorre allora supplire mediante il ricorso a modelli di calcolo semplificati: I=ID+Id+Ia l l l ID= radiazione diretta, attraversa il cielo senza essere deviata; Id= radiazione diffusa dall’atmosfera; Ia= radiazione di albedo o rinvio multiplo, relative al contesto (corpi limitrofi, etc…). In termini percentuali la totalità della radiazione incidente extraatmosferica (con annuale media del 50%), viene ripartita nel modo Lacopertura componente diretta dà il del suocielo massimo apporto alla radiazione totaleseguente: nelle ore centrali della giornata. In caso di oscuramento totale del cielo il suo contributo è • 30% raggiunge praticamente nullo. la terra come radiazione diretta; • 17% raggiunge la terra come radiazione diffusa; • 14% assorbito dai costituenti atmosferici, in particolare vapore acqueo; • 9% perduto verso lo spazio in conseguenza della diffusione dell’atmosfera; • 30% rinviato nello spazio, di cui il 24% dalla parte superiore delle nubi ed il 6% dalla superficie terrestre.

Diffusività È responsabile delle differenze dell’intensità di radiazione che si producono nel cielo, riconoscibile nel visibile dalla differenze di luminanza. E’ una funzione continua di ed è causata dall’intercettazione della radiazione solare da parte delle molecole d’aria, aerosol e vapor d’acqua disperse nell’atmosfera l l p= pressione = concentrazione particelle g= quantità d’acqua precipitabile m= massa d’aria

Assorbimento È rappresentabile con una funzione discontinua di che dipende principalmente dalla quantità e dalla temperatura delle molecole asimmetriche, in particolare della CO 2 ed H 2 O presenti nell’atmosfera. Le bande di assorbimento dei componenti atmosferici dell’infrarosso risultano: l l la CO 2 ha un massimo per = 2. 71 m; il vapore acqueo ha un forte assorbimento in quasi tutto l’infrarosso; HDO, l’acqua pesante (H e Deuterio) ha alto assorbimento tra 3 -9 m. N e O 2 assorbono nei raggi X; l’ozono O 3 assorbe la radiazione ultravioletta, creando un vero e proprio schermo protettivo.

Angolo d’incidenza Per mezzo delle informazioni geografico - astronomiche si individua la posizione del Sole nel cielo e si determina l'angolo di incidenza della radiazione solare sulla superficie interessata l zenit: è il punto d'intersezione della sfera celeste con la verticale passante per l'osservatore; l nadir: è il punto della sfera celeste diametralmente opposto allo zenit; l poli celesti: sono gli zenit dei poli terrestri; l equatore celeste: celeste e l cerchio orario: è il cerchio massimo appartenente alla sfera celeste, normale all'equatore celeste e passante per il Sole; l meridiano: è il cerchio massimo appartenente alla sfera celeste che passa per i poli celesti e per lo zenit dell'osservatore. è il cerchio massimo appartenente alla sfera normale all'asse terrestre;

Potenza ed Energia disponibili Sono stati svolti numerosi lavori scientifici per determinare algoritmi, a carattere semi - empirico, consentissero di correlare dati di soleggiamento La potenza Widche incidente sopra una generica isuperficie piana è data con da: l'energia raggiante incidente (prima formula di Sabbagh del 1973): l H 0 = energia totale incidente in un giorno (media mensile) sopra un piano orizzontale [MJ/m 2 giorno] l S = valore medio mensile del numero di ore giornaliere di insolazione; l n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 5, 4, 3, 2, 1 per i mesi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 (n = 1 per il mese di gennaio, ecc. ); l A = 1. 75 [MJ/m 2 giorno]; l B = 0. 6 [MJ/m 2 giorno].

Potenza ed Energia disponibili Valori delle ore giornaliere di insolazione S e radiazione solare totale su un Formula di Angstrom (1924), modificata da Page (1964) che tiene conto anche piano orizzontale H 0 (media mensile), per diverse città italiane. della latitudine: Gennaio Febbraio STAZIONI S H 0 S H 0 ANCONA 2. 4 4. 2 3. 7 7. 2 4. 7 11. 2 6. 7 16. 5 8. 6 20. 1 9. 0 21. 4 BOLOGNA 2. 8 4. 7 3. 6 6. 9 4. 7 10. 3 6. 2 15. 8 Luglio 7. 7 18. 3 Agosto 8. 6 BOLZANO 3. 5 4. 2 4. 5 6. 8 5. 0 STAZIONI 10. 2 5. 7 13. 5 S 6. 6 H 0 16. 2 S 7. 0 H 0 17. 3 S BRINDISI 4. 2 5. 1 7. 7 5. 5 ANCONA 10. 5 7. 1 14. 9 10. 4 9. 1 22. 1 18. 1 9. 5 CAGLIARI 4. 5 6. 6 4. 7 8. 9 6. 2 BOLOGNA 12. 7 7. 2 16. 1 9. 6 9. 0 20. 0 GENOVA 4. 1 4. 6 4. 5 6. 6 5. 4 BOLZANO 10. 2 6. 3 13. 9 7. 7 7. 6 17. 4 H 03. 7 F 5. 5 = 4. 9 8. 3 MESSINA l MILANO NAPOLI PESCARA PISA l ROMA l TORINO 2. 0 3. 1 3. 4 5. 6 3. 8 4. 9 4. 5 7. 0 Z 3. 2 4. 7 4. 3 7. 3 4. 0 = 5. 0 4. 5 7. 1 4. 3 6. 0 4. 7 8. 3 4. 5 7. 0 C, 3. 8 D 4. 9 = TRAPANI 4. 5 6. 6 5. 2 9. 1 TRIESTE 3. 4 4. 0 6. 3 VENEZIA 2. 9 4. 0 3. 6 6. 1 Marzo Aprile Maggio Giugno 19. 9 Settembre Ottobre Novembre Dicembre H 0 S H 0 10. 019. 6 19. 5 7. 1 14. 9 5. 2 9. 8 2. 5 4. 9 2. 1 3. 6 19. 6 8. 6 9. 517. 4 20. 3 7. 0 13. 2 4. 8 8. 6 2. 0 4. 2 2. 0 3. 4 17. 0 6. 9 8. 415. 1 18. 7 6. 1 12. 1 4. 9 7. 9 2. 8 4. 2 2. 8 3. 2 5. 5 BRINDISI 11. 0 solare 7. 0 15. 0 totale 8. 3 18. 0 11. 2 19. 8 incidente 10. 4 9. 517. 9 20. 4 13. 7 6. 6 (media 9. 5 4. 4 5. 9 3. 5 energia in 8. 3 un giorno mensile) 5. 1 CAGLIARI 9. 3 un 6. 2 13. 4 orizzontale 7. 2 10. 7 21. 8 16. 1 10. 2 8. 0 situato 19. 2 17. 9 8. 3 subito 14. 9 6. 3 10. 7 4. 3 6. 8 3. 6 sopra piano fuori dell'atmosfera 5. 2 GENOVA 9. 4 6. 6 13. 2 8. 2 terrestre [MJ/m 2 giorno]; 9. 6 19. 3 16. 7 8. 7 9. 316. 7 18. 5 6. 8 12. 4 5. 5 8. 3 3. 5 4. 7 3. 6 4. 3 4. 8 MESSINA 10. 5 6. 6 15. 0 8. 2 10. 6 19. 5 18. 1 10. 0 8. 717. 4 19. 1 7. 9 13. 2 6. 1 9. 4 4. 3 6. 1 3. 3 valore medio mensile del numero di ore esprimente la durata 5. 2 MILANO 10. 3 6. 8 14. 3 8. 8 9. 1 18. 1 17. 5 8. 2 9. 315. 5 19. 2 6. 0 11. 8 3. 9 7. 0 1. 7 3. 3 1. 5 del giorno; 4. 8 6. 6 NAPOLI 12. 0 7. 0 16. 2 10. 4 8. 6 18. 8 20. 0 9. 9 9. 416. 4 21. 8 8. 1 12. 7 6. 4 9. 1 4. 1 5. 5 3. 0 costanti variabili la 7. 4 situazione Duffie 5. 5 PESCARA 10. 6 arbitrarie, 6. 0 13. 9 6. 8 16. 5 10. 2 19. 9 9. 5 7. 5 con 17. 4 17. 7 13. 2 5. 7 climatica; 9. 1 3. 6 5. 4 2. 7 e 6. 5 Beckman , in alcuni calcoli da loro effettuati, hanno 12. 9 7. 8 16. 0 9. 4 PISA 10. 7 19. 9 19. 6 9. 4 10. 216. 9 20. 8 7. 5 13. 6 6. 0 9. 2 3. 5 5. 2 3. 0 considerato A e B costanti, ponendo A = 0. 30, B = 0. 34. 4. 8 ROMA 10. 2 6. 2 14. 0 7. 8 10. 8 22. 3 17. 4 9. 9 8. 219. 5 18. 2 8. 1 14. 9 6. 4 10. 6 4. 1 6. 2 3. 3 5. 0 TORINO 10. 2 6. 1 12. 3 8. 4 8. 0 18. 3 7. 4 8. 415. 9 19. 1 5. 5 TRAPANI 11. 6 21. 5 10. 5 19. 1 TRIESTE 9. 8 19. 3 8. 8 VENEZIA 9. 6 20. 0 8. 7 5. 1 3. 9 2. 5 4. 0 3. 9 4. 8 11. 7 4. 5 7. 8 2. 9 4. 5 3. 2 3. 9 8. 6 15. 4 7. 0 11. 1 5. 4 3. 0 4. 2 5. 7 17. 3 7. 1 13. 1 5. 8 9. 2 2. 8 4. 7 2. 8 3. 8 17. 1 6. 9 12. 8 5. 3 8. 6 2. 5 4. 1 2. 7 3. 4

Potenziale solare per il Comune di Perugia Media mensile della radiazione solare totale giornaliera su superficie orizzontale (cal/(giorno cm²), per la stazione di Perugia-S. Pietro, per i diversi anni del periodo 1973 -1995. Anno 1973 Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic 123, 9 174, 1 281, 2 329, 5 478, 7 499, 4 522, 8 453, 4 353, 2 252, 3 153, 7 113, 4 311, 3 1976 140, 9 204, 4 293, 1 301, 7 422, 5 436, 0 396, 8 360, 1 235, 8 211, 8 113, 5 97, 8 267, 9 1977 88, 8 137, 8 239, 7 356, 6 405, 7 434, 3 454, 6 337, 7 319, 8 215, 9 121, 6 105, 8 268, 2 1978 98, 5 124, 7 218, 6 241, 1 320, 0 391, 7 419, 9 356, 6 313, 7 216, 7 175, 2 74, 8 246, 0 1979 98, 2 127, 1 174, 1 274, 8 440, 0 386, 3 401, 1 372, 5 296, 0 201, 8 132, 9 82, 2 248, 9 1980 83, 1 205, 6 207, 6 283, 2 264, 2 367, 3 415, 7 359, 0 326, 6 185, 4 105, 9 83, 6 240, 6 1981 131, 6 183, 7 214, 4 353, 1 407, 7 442, 3 469, 0 435, 3 307, 9 284, 5 136, 0 81, 7 287, 3 1982 108, 4 200, 9 241, 5 382, 1 426, 1 468, 9 424, 4 330, 6 213, 1 134, 9 81, 2 289, 8 1983 117, 9 153, 9 231, 0 336, 7 404, 6 444, 5 484, 7 407, 6 334, 7 238, 6 144, 1 99, 9 283, 2 1984 103, 6 153, 9 239, 1 307, 2 298, 3 475, 5 548, 9 410, 8 278, 3 204, 4 141, 6 115, 8 273, 1 1985 114, 7 160, 5 237, 4 351, 2 417, 3 491, 9 531, 9 490, 0 406, 2 245, 5 119, 5 110, 7 306, 4 1986 126, 9 162, 5 218, 7 292, 5 500, 5 463, 3 540, 2 516, 2 377, 9 272, 4 166, 1 121, 7 313, 2 1987 117, 6 146, 9 298, 2 397, 9 421, 9 545, 3 482, 2 470, 6 376, 6 203, 3 129, 1 80, 5 305, 8 1988 123, 0 182, 5 265, 6 337, 6 378, 3 432, 5 527, 6 449, 1 344, 8 231, 0 151, 8 117, 8 295, 1 1989 149, 5 201, 8 305, 8 253, 7 456, 1 437, 6 407, 2 437, 2 323, 2 262, 3 150, 8 121, 5 292, 2 1990 143, 2 216, 2 294, 7 328, 5 464, 6 449, 7 507, 5 439, 4 288, 5 216, 6 148, 8 101, 5 299, 9 1991 157, 4 190, 9 268, 1 330, 8 338, 6 553, 7 507, 4 463, 0 344, 7 219, 5 114, 2 178, 0 305, 5 1992 127, 8 203, 8 263, 1 319, 3 456, 8 380, 1 486, 1 483, 6 360, 6 154, 7 120, 5 98, 8 287, 9 1993 117, 3 231, 7 306, 3 324, 4 458, 9 454, 6 469, 9 450, 8 321, 5 205, 8 124, 0 100, 0 297, 1 1994 126, 7 191, 4 332, 0 290, 8 433, 2 461, 7 502, 4 469, 8 300, 3 241, 5 141, 9 98, 1 299, 2 1995 109, 7 170, 9 243, 4 324, 5 378, 2 455, 9 495, 9 345, 2 290, 9 266, 5 149, 1 99, 0 277, 4 Media 121, 0 180, 2 255, 1 320, 5 407, 3 449, 3 484, 8 425, 3 325, 4 225, 4 137, 5 104, 2 286, 3 Giorno medio mensile dell'energia solare 484, 5 incidente, valutata la 307, 1 135, 6 202, 6 294, 7 316, 8 420, 0 463, 0 533, 2 356, 0 208, 2 154, 1 sia con 116, 5 1975 138, 1 217, 5 200, 1 337, 1 374, 7 401, 9 575, 6 296, 9 231, 9 133, 1 116, 0 282, 2 regressione di Angstrom-Page che 364, 0 con le medie aritmetiche 1974

Mappe delle risorse solari Carta dell’energia radiante su scala mondiale (mese di gennaio) (mese di agosto)

Mappe delle risorse solari Carta della massima energia radiante (mese di gennaio) (mese di agosto)

Pannelli piani Descrizione l Materiale Trasparenza Teflon 90% l Tedlar 95% Mylar 87% Sun-lite 90% l Lastra di vetro: un materiale in grado di di radiazione produrre funziona da schermo l'effetto serra: raggiante emessa dalla per l'energia lastra assorbente, poiché questa l molto trasparente per lunghezze energia è ininferiori gran parte su d'onda a 2 3 distribuita m; Caratteristiche lunghezze d’onda > 3 4 m alle quali l fortemente assorbente (o, meglio resistenza agenti la Bassa trasparenza delagli vetro è lunghezze ancora, riflettente) per atmosferici, poco robusto, basso praticamente eguale a zero. d'onda maggiori. costo limita il calore disperso per convezione, all'interno della Resistente allepoiché, alte temperature, intercapedine lastra di vetro e ingiallisce fra facilmente lastra assorbente, l'aria si trova ad Degenera rapidamente con una temperatura più elevata di l’esposizione ai raggi UV quella dell'aria esterna ed inoltre si Basso costo, durata, elevata muove solobuona per convezione naturale; temperatura protegge le parti metalliche dall'azione aggressiva degli agenti atmosferici.

Pannelli piani Descrizione Lastra assorbente: l un elevato coefficiente di assorbimento medio as per l'energia raggiante solare; l bassa emissione specifica l alla temperatura di esercizio Andamento ideale del coefficiente di assorbimento spettrale a del materiale perfetto per una lastra assorbente di un collettore solare

Pannelli piani Rendimento L'energia utile Eu trasferita al fluido vettore è minore dell'energia assorbita Ea; questa, a sua volta, è minore dell'energia incidente Ei. l l l La differenza fra Ei ed Ea è dovuta a: riflessione del vetro protettivo; assorbimento del vetro protettivo; riflessione della superficie assorbente. La differenza fra Eu ed Ea è dovuta a: emissione per temperatura della superficie assorbente; convezione dalla superficie assorbente all'aria; conduzione attraverso lo strato isolante ed i collegamenti fra lastra assorbente e supporto.

Pannelli piani Rendimento Potenza termica raccolta dal fluido vettore Potenza raggiante incidente sul collettore POTENZA ASSORBITA – POTENZA PERDUTA Wa = potenza assorbita =l potenza W termica ceduta dal c collettore all'aria per convezione; l Wr = potenza radiante emessa dal collettore; l Wk = potenzatermicatrasmessa dal collettore per conduzione. l

Pannelli piani Rendimento istantaneo di un pannello solare piano in funzione della differenza di temperatura per diversi valori di Wi. as = 0. 9; l ts = 0. 9; diminuisce linearmente all'aumentare differenza l della H 1 = 2. 5 W/m 2°C; cioè della temperatura del fluido riscaldato convezione l hr = 3. 5 W/m 2°C; dalla superficie assorbente all'aria; l sis = 0. 05 m; Il massimo di si verifica per T = Ta l is = 0. 05 W/m°C. Il rendimento diventa eguale a zero quando T raggiunge il valore massimo, che è pari a: l l

Pannelli piani Recenti sviluppi ENEA ed ENEL sviluppando il progetto Archimede (tecnologia dei collettori parabolico lineari accoppiati ad un ciclo combinato gas-vapore)

Collettori parabolico-cilindrici Caratteristiche geometriche Sezione con piano normale all’asse focale l F = fuoco della parabola; l AB = corda della parabola.

Collettori parabolico-cilindrici I collettori parabolico - cilindrici presentano il vantaggio che il fluido vettore raggiunge temperature più elevate (si arriva anche a 600 -700°C); a questo risultato positivo tuttavia si uniscono diversi inconvenienti, che sono: l l l l necessità di un dispositivo meccanico di orientazione della parabola in modo che questa segua il moto apparente del Sole ed i raggi solari incidano sempre in direzione normale alla corda (dispositivo a funzionamento discontinuo; necessità di una lavorazione sofisticata degli specchi parabolici, affinché il funzionamento reale approssimi quello teorico (assicurare che la geometria non si modifichi nell'arco di vita dell'impianto; per il rispetto del funzionamento ottico, l'asse del tubo deve coincidere con l'asse focale e questa situazione si deve conservare inalterata nel tempo; se i paraboloidi non sono protetti, gli agenti atmosferici sporcano gli specchi, con rapida diminuzione dell'efficienza ottica, a meno di non ricorrere a frequenti operazioni di pulizia, con incremento dei costi di gestione; a meno di non dotare i paraboloidi di un doppio movimento di orientazione, costoso e di difficile realizzazione, i raggi incidenti sono ortogonali al piano di chiusura che si appoggia sulle corde delle parabole soltanto due giorni per ogni anno. Negli altri giorni, variando l'altitudine del Sole, l'incidenza sarà obliqua. Sono dispositivi di captazione relativamente sofisticati e costosi; si prestano ad applicazioni di un certo rilievo tecnico ed economico, mentre non sembrano adatti, allo stato attuale delle tecnologia, a fasce di applicazioni meno selezionate.

Collettori parabolico-cilindrici Rendimento istantaneo I termini della precedente assumono forme differenti al caso di pannelli solari piani: Confrontandola con l’equazione del rendimento per pannelli piani si osserva: l l l nei collettori parabolici si devono portare in conto le perdite dovute alla riflessione sugli specchi parabolici (compare il termine rs < 1); nei collettori parabolici non si considerano le perdite per conduzione; il termine sottrattivo è moltiplicato per il rapporto d/D, che può essere notevolmente minore di uno ed è comunque un parametro di progetto del collettore sul quale è possibile intervenire.

Collettori parabolico-cilindrici Rendimento istantaneo di un pannello parabolico - cilindrico in funzione della differenza di temperatura per diversi valori di Wi. Rendimento collettori piani Dal confrontoldegli del as andamenti = 0. 9; rendimento per pannelli piani e per l ts =cilindrici 0. 9; si conclude pannelli parabolico che, per ottenere elevati della l rsvalori = 0. 9 differenza di temperatura, il ricorso ai l D/d = 10 collettori concentratori è inevitabile. 0. 73 valori di Si osservi chellahfigura max =fornisce 2°Csi è approssimati quanto l per H 1 difetto, = 4. 0 in W/m considerato hr costante e pari ad un valore medio nel campo di temperature considerato. Confrontando la variabilità di hr con la temperatura, ovvero calcolando Wr , si otterrebbero degli andamenti del tipo di quello indicato in figura per Wi = 800 W/m 2 (linea tratteggiata).

Produzione di energia dielettrica Caratteristica voltamperometrica una cella fotovoltaica commerciale per diversi valori della Principi di funzionamento della coppia elettrone libero-lacuna potenza Generazione incidente W Elettrone libero i Lacuna Cristallo drogato di tipo N Cristallo drogato di tipo P Schema circuito

Efficienza delle celle solari I motivi della bassa efficienza sono molteplici e possono essere raggruppati in quattro categorie: l l l riflessione: non tutti i fotoni che incidono sulla cella penetrano al suo interno; fotoni troppo o poco energetici: per rompere il legame tra elettrone e nucleo è necessaria una certa energia. I fotoni troppo energetici, dissipando in calore l’energia eccedente a quella necessaria a staccare l’elettrone dal nucleo; ricombinazione: non tutte le coppie elettrone-lacuna generate vengono raccolte dal campo elettrico di giunzione e inviate al carico esterno; nel percorso dal punto di generazione verso la giunzione possono incontrare cariche di segno opposto e quindi ricombinarsi; resistenza parassite: le cariche generate e raccolte nella zona di svuotamento devono essere inviate all’esterno; l’operazione di raccolta viene effettuata dai contatti metallici, posti sul fronte e sul retro della cella; esiste una resistenza all’interfaccia che provoca una dissipazione ed una riduzione della potenza trasferita; resistenza che gli elettroni incontrano ai confini tra un grano e l’altro e, ancor più nel caso di celle al silicio amorfo, per la resistenza dovuta all’orientamento casuale dei singoli atomi.

Celle disponibili e prestazioni Celle a film sottile Film fotovoltaico nei pannelli CIS Stratificazione del film al Tellurio di cadmio

Sistemi fotovoltaici Schema generale di un impianto fotovoltaico CAMPO FOTOVOLTAICO (MODULI) CONVOGLIAMENTO IN SERIE E PARALLELO DELLE CONNESSIONI TRA MODULI CONVERSIONE DA c. c A c. a REGOLAZIONE DI CARICA/SCARICA BATTERIA QUADRO DI DISTRUBUZIONE GENERATORE DI SOCCORSO SERVIZI AUSILIARI INTERNI CARICO (RETE O UTENTI)

Campo fotovoltaico Il campo fotovoltaico è un insieme di moduli fotovoltaici opportunamente collegati in serie ed in parallelo in modo da realizzare le condizioni operative desiderate. Più moduli assemblati meccanicamente tra loro formano il pannello. Moduli o pannelli collegati elettricamente in serie, per ottenere la tensione nominale di generazione, formano la stringa

Applicazioni l Produzione centralizzata di energia elettrica; Usi domestici; Impieghi rurali ed in località remote; Applicazioni speciali; l reti di protezione catodica di manufatti in c. a. oppure in ferro, di qualunque tipo; l alimentazione di circuiti di allarme di eventi sismici; l illuminazione di gallerie autostradali lontane dalle linee di alimentazione dell'energia elettrica; l stazioni di radiocomunicazioni, ripetitori ed impianti di diverso genere inseriti in complessi sistemi di telecomunicazioni; l applicazioni ricreative: campus, campeggi, ecc… Applicazioni spaziali. l l

Impianto a torre solare Produzione di energia elettrotermosolare per mezzo di un impianto a torre solare, che prevede la trasformazione di energia solare in energia termica e poi la produzione di energia elettrica per mezzo di un ciclo termodinamico Campo di raccolta dell’energia solare Potenza Schema media della disponibile centrale Wma torre solare Solar Two Wm = A x B x C x D x Wp l l l Wp = potenza di punta; A = coefficiente di impegno della superficie; B = coefficiente per l'alternanza giorno-notte; C = coefficiente di riduzione (variabilità delle condizioni meteorologiche); D = rendimento ottico.

Costi Costo indicativo in €/W di un impianto fotovoltaico in funzione della potenza elettrica installata P (espressa in k. W)

IL CONTO ENERGIA Criteri per l’incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica Il Ministro delle Attività Produttive di concerto col Ministro dell'Ambiente e della Tutela del Territorio ha emanato il 28/07/2005 il Decreto Ministeriale previsto all'art. 7 comma 1 del D. Lgs 29/12/2003 n° 387, che definisce i criteri per l'incentivazione dell'energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici Successivamente l'Autorità per l'Energia Elettrica e il Gas (AEEG) ha adottato il 14/09/2005 la Delibera n° 188/05 nella quale è stato individuato il GRTN (oggi GSE) quale "soggetto attuatore" che eroga le tariffe incentivanti Successivi decreti (DM 06/02/2006 e DM 19/02/2007) hanno ridefinito le modalità di erogazione degli incentivi e i valori delle tariffe incentivanti. Soggetti beneficiatari: • Persone Giuridiche e fisiche; • Condomini • Soggetti pubblici

Esempi: IMPIANTO NON INTEGRATO Posa su terrazzo

Impianti PARZIALMENTE integrati Sono considerati impiant. I PARZIALMENTE integrati gli impianti i cui moduli sono installati, senza sostituire i materiali su cui appoggiano: a) su tetti piani e terrazzi b) in modo complanare alle superfici su cui sono fissati 37

Esempi IMPIANTO PARZIALMENTE INTEGRATO Posa “retrofit” sul tetto

Impianti integrati architettonicamente Sono considerati impiant. I integrati gli impianti: ● in cui i moduli sostituiscono i materiali di rivestimento di tetti, coperture, facciate la struttura di copertura di pensiline, pergole e tettoie ● i moduli costituiscono la parte trasparente di facciate ● i moduli sostituiscono i pannelli di barriere acustiche ● i moduli costituiscono dei frangisol ● moduli costituiscono la parte di copertura di parapetti e 39 balaustre

Esempi Posa integrata nella copertura

Esempi Posa integrata in facciata verticale Tipologia di istallazione non conveniente alle nostre latitudini

Tariffe incentivanti Tariffe valide fino al 31 dicembre 2008 Potenza nominale NON integrato parzialmente integrato 1 – 3 KWp 0, 40 0, 44 0, 49 3 – 20 KWp 0, 38 0, 42 0, 46 Maggiore di 20 KWp 0, 36 0, 40 0, 44 Integrato 42

Potenza Solare Fotovoltaica installata nel 2005