Ritorno all'avanguardia: il fotovoltaico

“Il ritorno all’avanguardia”

Cervellera Giulia

V B tc

Vercelli, anno scolastico 2010/2011

Cervellera Giulia V B tc A.S. 2010/2011

L’energia solare

Una delle principali fonti di energia alternativa è quella derivante dall’irraggiamento del sole.

L’energia sprigionata che a noi arriva come luce, deriva da numerose fusioni nucleari che avvengono all’interno del sole.

Le reazioni consistono nella trasformazione di due atomi di idrogeno in uno di elio; ma considerando che l’atomo di elio è più pesante dei due atomi di idrogeno, la differenza di materia mancante, si trasforma in energia che viene successivamente sprigionata all’esterno della stella.

Ogni secondo 4 miliardi di materia viene trasformata in energia.

Da queste trasformazioni deriva la produzione di calore che si diffonde nello spazio per irraggiamento e decresce sempre più all’aumentare della distanza.

L’energia luminosa che arriva sulla terra ha una potenza complessiva di 174 milioni di Gigawatt.

Non tutta la luce arriva sulla superficie terrestre in quanto gran parte viene diffusa dal terreno o da altri oggetti come per esempio case di colore chiaro o alberi; infatti, circa il 55% dell’energia, viene assorbita o riflessa dalle nubi e dall’aria; la stratosfera è in grado di assorbire i raggi ultravioletti grazie all’ozono mentre la troposfera grazie al vapore acqueo e all’anidride carbonica riflette, assorbe e diffonde l’infrarosso.

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Le tecnologie solari

Per energia solare intendiamo l’energia, termica o elettrica, prodotta direttamente sfruttando l’energia derivante dal Sole.

Diverse sono le tecnologie in grado di convertire questa energia in energia utile:

• Pannelli solari: convertono i raggi solari in energia termica per scaldare un liquido e successivamente cedere calore (utilizzato per il riscaldamento domestico).
• Pannelli solari a concentrazione: concentrano i raggi solari in un punto tramite un sistema di specchi; il calore generato può essere utilizzato per generare forza vapore e quindi elettricità.
• Pannelli solari fotovoltaici: utilizzano alcuni particolari tipi di semiconduttori che hanno la caratteristica di riuscire a convertire l’energia elettrica quando sono irradiati da luce solare.

Il funzionamento di un pannello fotovoltaico

Ma come funziona realmente un pannello fotovoltaico?

Il principio base di funzionamento è l’effetto fotoelettrico.

È stato scoperto per la prima volta da Hertz e per il quale ricevette il premio Nobel nel 1905.

Noi siamo “inconsapevoli” spettatori dell’effetto fotoelettrico infatti questo è presente ogni volta che si prende l’ascensore e si osserva lo scorrimento delle sue porte.

Il principio è il seguente:

L’effetto fotoelettrico è il fenomeno fisico caratterizzato dall’emissione di elettroni da una superficie, solitamente metallica, che viene colpita da una radiazione elettromagnetica avente una certa frequenza.

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L’effetto fotovoltaico

Un’applicazione molto importante di questo principio è l’effetto fotovoltaico, che non è nient’altro che un effetto fotoelettrico.

Fu scoperto per la prima volta da Becquerel nel 1839; questo effetto si ha quando un elettrone presente nella banda di valenza di un materiale (generalmente un semiconduttore) passa alla banda di conduzione a causa dell’assorbimento di un fotone sufficientemente energetico presente sul materiale.

Questo fenomeno viene utilizzato nella produzione elettrica nelle celle fotovoltaiche.

Il meccanismo di funzionamento si basa sull’utilizzo di materiali semiconduttori.

Quando un flusso luminoso (fotoni), investe il reticolo cristallino di un semiconduttore, si verifica una “migrazione” di un certo numero di elettroni: questi iniziano a scorrere producendo corrente elettrica.

Al fine di realizzare ciò, c’è bisogno di un campo elettrico all’interno della cella in modo da caricare un polo del conduttore positivamente, e l’altro negativamente.

Il materiale che generalmente viene utilizzato è il silicio, perché è in grado di produrre energia elettrica se irradiato da luce: il risultato è energia elettrica alternata utilizzabile per tutte le attività domestiche.

L’effetto fotovoltaico è presente all’interno delle così dette celle fotovoltaiche che costituiscono il pannello fotovoltaico vero e proprio.

Le celle collegate tra loro formano il modulo fotovoltaico, in grado di trasformare la luce solare direttamente in corrente elettrica.

Un modulo è

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generalmente costituito da 36 celle poste in serie.

l

L’energia elettrica uscente dal modulo, passa attraverso un dispositivo chiamato balance of system per riuscire ad adattare la corrente e trasformarla in corrente alternata tramite il sistema di inverter; l’energia così ricavata è introdotta nella rete elettrica e finalmente è pronta per essere utilizzata in ambito domestico e non.

Applicazioni dei pannelli solari

Negli ultimi tempi sono state diverse le applicazioni dei pannelli solari:

• Negli Emirati Arabi è stato progettato il desalinizzatore a energia solare.

Sono attualmente in via di sperimentazione i test su questo progetto: sono stati sostituiti i carboni fossili con l’energia del sole, e nonostante le disagiate condizioni climatiche, sono in grado di produrre 1050 kW di energia l’ora.

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• Anche in Cina il fotovoltaico ha preso piede, infatti è stato applicato addirittura per l’alta velocità:

Si è stimato che la produzione annua di energia elettrica va oltre i 9.8 MW.

• Guardando il nostro paese, invece, è stata progettata un’abitazione completamente costruita con materiali ecologici rifinita con ogni genere di fonte di energia alternativa.

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Il progetto è dell’architetto Mario Cucinella, che ha deciso di realizzare questo progetto a Settimo Torinese.

• Pensando invece all’aspetto estetico, anche una nota azienda che produce ceramiche (Cotto d’Este), ha pensato allo sfruttamento dell’energia del sole: