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La produzione di energia elettrica

 

Il modo più semplice di convertire l‘energia solare in energia elettrica è  l‘uso delle batterie solari. La batteria solare è uno strumento per la trasformazione diretta dell‘energia solare in energia elettrica. La trasformazione dell‘energia solare in energia elettrica avviene tramite processo fotovoltaico chiamato anche l‘effetto fotovoltaico. Questo processo avviene al momento del contatto tra i diversi semiconduttori elettrici, quando la luce del sole fa azionare l‘impianto fotovoltaico, cioè la batteria. Durante il processo fotovoltaico il semiconduttore elettrico eseguisce la funzione di ricevitore di energia. La luce del sole che cade sulla batteria solare fa azionare il semiconduttore e nel campo elettrico avviene la separazione delle cariche, nel corso della quale si produce la corrente elettrica. Per avere una quantità maggiore di energia elettrica le batterie solari vanno connesse ai sistemi chiamati moduli solari. I moduli solari costituiscono un intero impianto fotovoltaico. L‘energia elettrica prodotta dall‘impianto solare può essere fornita direttamente alla rete elettrica pubblica oppure accumulata nelle batterie di accumulo che assicurano la fornitura di energia elettrica di notte oppure nelle giornate nuvolose o piovose, quando la luce del sole non è abbastanza intensa.

La produzione di energia elettrica


 moduli solari sono la parte più importante dell‘impianto che trasforma l‘energia solare in energia elettrica. Per la produzione dei inverter fotoelettrici possono essere usati il silicio monocristallino (m-Si), il silicio policristallino (p-Si), il silicio amorfo (a-Si) e anche altri semiconduttori: l‘arseniuro di gallio (GaAs), il fosfuro di indio (InP), il telloruro di cadmio (CdTe), il rame-indio-diselenide (abbreviazione internazionale CIS), il rame-indio-gallio-selenide (abbreviazione internazionale CIGS), il nitrito di indio-gallio (InGaN) e altri. Attualmente per la produzione dei inverter fotoelettrici si usa principalmente il silicio (>90%), perche‘ gli altri semiconduttori costano molto di più.

 

„Modulo fotovoltaico“ viene chiamato un inverter fotoelettrico costruito per far sì che le sue dimensioni d‘ingombro e i parametri elettrici (la potenza, la tensione) corrispondano a certi valori determinati. Inoltre, il modulo deve essere protetto dagli agenti atmosferici (coperto da un vetro o da un altro rivestimento trasparente, sigillato), e la sua installazione e la manutenzione devono essere facili e comode. I moduli fotovoltaici di silicio monocristallino e policristallino vanno costruiti, usando un numero ben preciso di piccoli elementi fotovoltaici a potenza ridotta (principalmente 0,5 – 4 W circa) che, combinando collegamento in serie e collegamento in parallelo, vanno collegati tra loro con lo scopo di ottenere un modulo con parametri elettrici convenzionali desiderati. La batteria costituita dagli elementi solari monocristallini è quasi due volte più efficace delle batterie di silicio amorfo (batterie a film sottile): per ottenere la stessa potenza, usando le batterie solari monocristallini, ci vuole una superficie due volte inferiore rispetto all‘uso di moduli a film sottile;

 

I moduli di silicio amorfo (a film sottile) vanno costruiti con una base in metallo e coperti da uno strato sottile di silicio. Questi moduli non sono costituiti dagli elementi separati (celle) a potenza ridotta, ma da un ampio e sottile rivestimento fotovoltaico integrale che copre tutta la superficie del modulo. Le potenze dei moduli fotovoltaici moderni variano da pochi watt a 300 W. Per ottenere una potenza superiore, combinando collegamenti in serie e in parallelo, i moduli devono essere uniti in un unico blocco di moduli. Tali moduli possono essere usati come rivestimento per muri o tetti e come vetratura semistraparente per baconi, mansarde, porte principali d‘ingresso. Per trasmettere la potenza che riduce la corrente e di conseguenza aumenta la tensione i moduli a film sottile generano corrente quasi 3 volte inferiore rispetto a quella generata dai moduli policristallini. Questo può essere particolarmente utile, costruendo tanti blocchi di batterie solari a potenza ridotta. Inoltre, la perdita di potenza delle batterie solari a film sottile a causa di temperatura elevata è quasi due volte inferiore rispetto a quella di altri elementi solari. Il sistema delle batterie solari a film sottile genera circa 20% più energia in condizioni della luce solare dispersa (cioè nelle giornate nuvolose o piovose). Attualmente i prezzi di costo dei moduli poli e monocristallini si sono quasi uguagliati. I moduli policristallini costano più di 20% in meno).

 

 Caratteristiche

Tipo di modulo

Monocristallini

Policristallini

A film sottile

Potenza massima (Wp)

200Wp

200Wp

200Wp

Forza massima di tensione (V)

38,50

27,22

75,00

Intensità massima (A)

5,19

7,35

2,66

Forza di tensione aperta (V)

46,20

32,67

101,00

Intensità di corto circuito (A)

5,61

8,08

3,30

Efficacia (%)

14-18%

13-15%

8-11%

Tensione massima del sistema (V)

1000V

Condizioni standard della verifica

 1000W/m2 , AM1.5 , 25’C

Coefficiente di temperatura

Temperatura d‘esercizio normale del modulo

45±2ºC

20-25ºC

Coefficiente di temperatura Voc (%)

β -2.2mV/ ºC

- 0.32%/°C

Coefficiente di temperatura Pm (%)

γ -0.55%/ ºC

- 0.20%/°C

Coefficiente di temperatura Im (%)

α 0.03%/ ºC

+0.14%/°C

Coefficiente di temperatura Vm (%)

β -2.2mV/ ºC

- 0.33%/°C


(Per la valutazione comparativa delle tecnologie di produzione degli elementi solari nella seguente tabella sono indicati i parametri tecnici delle batterie solari con la stessa potenza (Wp) prodotte, applicando le tecnologie differenti)