Ente per le Nuove tecnologie lEnergia e lAmbiente

Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente EDUCARSI AL FUTURO LA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA L. Zingarelli ENEA Area Sperimentale Monte Aquilone Manfredonia - FG 1

Energia pulita, inesauribile e … GRATIS! Un sogno? Il vento 2

Energia pulita, inesauribile e … GRATIS! Un sogno? No, le fonti rinnovabili Il vento Il sole L’acqua 3

Che forza il sole! 4

Il sole luce calore energia elettrica 5

Effetto fotovoltaico: cos’è? L’effetto Fotovoltaico o fotoelettrico consiste nella conversione della energia proveniente dal sole, sotto forma di radiazione solare, in elettricità. 6

Un pò di storia “L'effetto fotovoltaico” è noto fin dal 1839, e trova il suo fondamento nella esperienza del fisico francese Edmond Becquerel (1820 -1891) che presentò alla Accademia delle Scienze di Parigi la sua "Memoria sugli effetti elettrici prodotti sotto l'influenza dei raggi solari". Edmond Becquerel Nel 1870 l'effetto fotovoltaico fu studiato in solido sul selenio, da Heinrich Hertz, e nel 1876, da Willoughby Smith, William Adam e Richard Day, i quali conclusero che tali celle erano in grado di convertire la luce in elettricità con una efficienza compresa fra 1% e il 2%. Heinrich Hertz 7

Un pò di storia Il principio fu meglio compreso nel 1905 da Einstein - che nel 1921 per questa scoperta fu premiato con il Premio Nobel per la fisica - e nel 1930 da Walter Schottky. I due scienziati posero le basi scientifiche per la realizzazione della prima cella solare. Albert Einstein Nel 1954 Chapin, Pearson e Fuller, nei laboratori della Bell Telephone, svilupparono la prima cella basata su semiconduttori al silicio in grado di convertire il 6% dell'energia solare in energia elettrica. Gerald Pearson, Daryl Chapin, e Calvin Fuller 8

Un pò di storia La prima applicazione di celle solari è dovuta agli americani che nel marzo del 1958 alimentarono la trasmittente del satellite artificiale Vanguard 1 che ancora oggi è in orbita attorno alla terra 9

Il fotovoltaico oggi 10

UNA CELLA FOTOVOLTAICA 11

STRUTTURA DELLA CELLA RADIAZIONE SOLARE CONTATTO ANTERIORE (GRIGLIA) ANTIRIFLESSO REGIONE N (Fosforo) ZONA DI SVUOTAMENTO REGIONE P (Boro) _ + CARICO _ + CONTATTO POSTERIORE 12

L’efficienza della cella Perdite elettriche Perdite ottiche 13

IL MODULO FOTOVOLTAICO • Elemento base degli impianti fotovoltaici • Costituito da celle fotovoltaiche collegate elettricamente e incapsulate – Protezione meccanica e agli agenti atmosferici – Isolamento elettrico – Supporto strutturale • Caratteristiche richieste – Stabilità ai raggi ultravioletti – Tolleranza alle temperature – Capacità di smaltire il calore 14

GLI ALTRI COMPONENTI Struttura Cavi Inverter fotovoltaico 15

Le nuove tecnologie La ricerca Celle innovative Celle di grandi dimensioni Nuovi materiali Silicio di grado solare Film sottili 16

Le nuove tecnologie Film sottili Silicio amorfo Semiconduttori composti policristallini CIS - diseleniuro di indio Cu. In. Se 2 Tellururo di Cadmio Cd. Te CIGS - diseleniuro di rame Cu. In. Ga. Se 2 17

Distribuzione celle per tecnologia 18

Le nuove tecnologie Impianto Phocus Modulo a concentrazione 19

Un po’ di numeri … fotovoltaici Le industrie fotovoltaiche (produzione moduli MW/anno) Le nazioni (produzione moduli MW/anno) 20

Un po’ di numeri … fotovoltaici 21

Impianti fotovoltaici nel mondo Il più grande impianto fotovoltaico in funzione al mondo è ubicato a Waldpolenz, Germania. La sua potenza nominale è di 24 MWp. Realizzato sul vecchio aeroporto di Leipzig, nella Germania dell'Est, si estende per 110 ettari. La centrale che sta per produrre 24 megawatt di elettricita', entro il 2009 arrivera' a 40 megawatt, alimentando almeno 10. 000 case e consentendo di risparmiare ogni anno almeno 25. 000 tonnellate di carbonio. 22

Impianti fotovoltaici nel mondo Il più grande su tetto Il più grande impianto su tetto è probabilmente il Fischer in funzione a Dingolfing, Germania. 82 ettari per una potenza totale di 3, 7 MWp. 23

Impianti fotovoltaici nel mondo Il più grande di domani Opti. Solar è la società che sta costruendo l'impianto fotovoltaico più grande del mondo, 1 miliardo di $ per 550 MW. L'impianto ad energia solare produrrebbe elettricità sufficiente per 190. 000 case coprendo una superficie di circa 25 Km quadrati a San Luis Obispo County nel Mc. Clellan Park in California oltre ad un secondo impianto di 220 MW sempre in California. 24

Impianti fotovoltaici nel mondo Il più grande integrato Il più grande impianto fotovoltaico architettonicamente integrato in funzione è quello dei padiglioni fieristici di Monaco di Baviera, per un totale di 1 MWp. L'integrazione architettonica consiste nell'impiego dei moduli fotovoltaici come infissi, ovvero in sostituzione della copertura stessa degli edifici. 25

Impianti fotovoltaici nel mondo Ieri e oggi Pergola solare (Barcellona, Spagna 2007) 1 MWp - 112 x 50 metri 5600 mq DELPHOS (Manfredonia – Fg - Italia, 1986) 300 KWp mt 144*30 – 4320 mq 26

Impianti fotovoltaici nel mondo Illuminazione pubblica 27

Impianti fotovoltaici nel mondo Kordofan (Sudan) Impianto fotovoltaico pompaggio acqua da bere Myeka (Sud Africa) Scuola rurale con elettricità solare 28

Il conto energia Produrre energia pulita per la propria casa 29

Uno sguardo al futuro Celle fotovoltaiche senza … silicio Un gruppo di ricercatori dell’Istituto Tecnologico del New Jersey, ha sviluppato una cella fotovoltaica economica e facile da usare che non impiega silicio. E grazie ai nanotubi di carbonio di cui è costituita, potrebbe essere disegnata o stampata su pannelli di plastica flessibili. Sviluppare celle solari organiche dai polimeri è un’alternativa economica e semplice, afferma Somenath Mitra lo scienziato che guida il progetto. Per fabbricare le celle solari convenzionali, ovvero le unità di base dei pannelli Immagine di un nanotubo fotovoltaici, è indispensabile avere silicio altamente purificato, ottenuto con un processo che è molto costoso in termini di energia richiesta per la purificazione. Le celle solari sviluppate dai ricercatori del New Jersey usano nanotubi a parete singola e di forma cilindrica combinati con altri a struttura ultrafine, 50′ 000 volte più piccola di un capello, detti fullereni. 30

Uno sguardo al futuro William Yuan e le celle fotovoltaiche 3 D William Yuan è un ragazzo di 12 anni di Beaverton, USA. Nonostante la sua età, Yuan ha già studiato la fusione nucleare e diversi tipi di nanotecnologie ed è sulla buona strada per fare un salto alle tecnologie solari con le sue celle fotovoltaiche 3 D. La sua cella sarebbe in grado di assorbire sia il visibile sia i raggi UV. Se William Yuan avesse ragione, la sua celle fotovoltaica 3 D grazie alle nanotecnologie assorbirebbe 500 volte più energia solare di qualsiasi altro pannello fotovoltaico ora in commercio e 9 volte più di tutte le altre tecnologie a celle solari ora in sviluppo. Per permettergli di proseguire negli studi a William Yuan è stata assegnata una borsa di studio di 25. 000 $ 31

Uno sguardo al futuro Celle fotovoltaiche con efficienza del 63% Un gruppo di ricercatori spagnoli guidati da Perla Wahnon e Josè Conesa di Madrid sta lavorando su un nuovo materiale in grado di sfruttare sia i fotoni del visibile sia quelli dell'infrarosso, quindi arrivare ad un massimo teorico di efficienza pari al 63%. Le celle solari convenzionali si basano su un semiconduttore come il silicio. Ma la loro incapacità di assorbire circa il 30% dell‘energia solare pone un limite teorico non indifferente. Ora i ricercatori spagnoli utilizzeranno questa idea per progettare la loro nuova cella solare, aggiungendo il nuovo materiale al titanio e vanadio dei semiconduttori convenzionali modificando le proprietà elettroniche per creare questo livello intermedio di assorbimento di energia. 32

Uno sguardo al futuro Arriva il gel… fotovoltaico Produrre energia attraverso un gel. La scoperta viene da una azienda italiana, la ESCO (Energy Saving Company Energy) di Potenza. Un pool di ingegneri e biochimici hanno lavorato sull'applicazione nanotecnologica, fino a mettere a punto un gel a base di silicio in grado di produrre energia elettrica. Il gel, applicato nelle intercapedini dei doppi vetri o colato nella lastra e in ogni superficie vetrata, diventa un generatore di energia elettrica. Secondo quanto spiegato dal responsabile della ricerca della Esco, Alessandro Cariani, ''il costo e' pari alla meta' di un normale pannello fotovoltaico'‘. L'energia solare viene catturata e assorbita da piccoli terminali elettrici installati nelle finestre, per essere poi riversata in rete, permettendo una produzione di cento watt/ora per ogni metro quadro di superficie 33

EDUCARSI AL FUTURO LA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA fine L. Zingarelli ENEA Area Sperimentale Monte Aquilone Manfredonia - FG 34