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francesca-morini
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Fotovoltaico: etimologia
“photo” dal Greco “φῶς ” (Luce)
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“volt”
“elettricità dalla luce”.
2With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
Commission.
Fotovoltaico: cos’è
È la tecnologia che permette di produrre energia elettrica mediante la conversione diretta della luce del sole senza l’uso di
combustibili e senza parti meccaniche in movimento.
3With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
Commission.
Fotovoltaico: limite• Il fotovoltaico non può sostituire al 100% la
produzione di energia elettrica necessaria perché la fonte che l’alimenta non è continua 24 ore su 24
• Può contribuire a limitare produzione tradizionale di energia elettrica
4With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
Commission.
Fotovoltaico: ecologico
La produzione di energia col FV non produce inquinamento (nel luogo di
installazione!)
5With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
Commission.
Tecnologia
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Commission.
Tecnologia• Il silicio è il materiale più utilizzato per la
produzione di celle fotovoltaiche • oltre il 90% dei moduli in commercio sono in
silicio• Subito dopo l’ossigeno, è l’elemento più
abbondante sulla terra • Non esiste in forma pura ma solo sotto forma di
Ossido di Silicio (SiO2) o altri composti (sabbia, quarzo, argilla)
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Commission.
Silicio di grado solare• grado di purezza stabilito deve essere 99,9999%
• Il silicio viene prima estratto dalle miniere e poi viene
reso puro attraverso diversi processi chimici.
Nell’industria fotovoltaica viene utilizzato nella sua forma • cristallina (mono e poli) con atomi di Si ordinati in
maniera regolare• amorfa con atomi di Si distribuiti in maniera casuale
(come il vetro)
8With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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9With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
Commission.
Processo per ottenere il silicio
1. Estrazione del silicio “metallurgico”: SiO2 + C = Si + CO2 (1800°C)
2. Purificazione: • Produzione di triclorosilano Si + 3HCl = SiHCl3
+H2 • Distillazione multipla del SiHCl • Deposizione del silicio puro SiHCl3 +H2 = Si +
3HCl, (1350°C) - processo Siemens Il risultato finale sono barre di silicio policristallino, dalle quali
si ottengono con procedimenti meccanici le celle.Questa fase ha un rendimento piuttosto basso (spreco di
materiale anche del 50%).
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•Per ottenere il silicio monocristallino, il più efficiente, occorre un ulteriore processo ad alta temperatura che prende il nome dal suo scopritore, Czochralski.
•L’insieme delle varie fasi descritte, richiede un considerevole apporto energetico, che ne giustifica, solo in parte, il costo.
•Si capisce come mai i moduli realizzati con celle a silicio policristallino siano generalmente più economici rispetto a quelli realizzati con silicio monocristallino.
•Il motivo per cui il silicio monocristallino ha un rendimento più alto del policristallino sta nel fatto che quest' ultimo, data la sua struttura più irregolare, tende a dissipare più energia
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Il lingotto di silicio •diametro di circa 20 cm•alto circa un metro •pesa da 70 a 75 kg una volta raffreddato, viene tagliata la testa e la coda quindi vengono sagomati e tagliati a fette “wafer”che sono la base per le celle finite.
12With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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Celle in silicio policristallino
•Nel processo produttivo il silicio policristallino viene versato in blocchi che hanno una forma quadra.
•I blocchi raffreddati vengono tagliati in lingotti e quindi sezionati in wafer da 230μm/350μm.
•Durante la fase di solidificazione, i cristalli si dispongono in modo casuale ed è per questo che la superficie presenta i caratteristici riflessi cangianti.
•Il silicio policristallino ha una grana più grossa del silicio monocristallino.
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Celle in silicio monocristallino
•Con un processo produttivo più complesso, dal silicio fuso, vengono ottenuti dei lingotti cilindrici di silicio monocristallino.
•Al cilindro viene data una forma esagonale e quindi sezionato in fette sottili (wafer) da 200μm/300μm, le quali presentano un color argento lucido.
•Queste, inoltre, vengono sagomate in forme più o meno squadrate al fine di diminuire gli spazi inutilizzati ed aumentare il numero di celle ospitate dal modulo.
14With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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Silicio monocristallino Silicio policristallino
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Efficienza e proiezione dei costi per le celle di I, II e III generazione
16With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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17With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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La giunzione PN
18With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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Drogaggio • Quando, in un qualsiasi materiale, oltre agli atomi o
molecole di base ne esistono di estranee, ossia che non dovrebbero far parte del materiale stesso ma invece presenti, si parla genericamente di
impurità• Se invece il materiale di base è volutamente ed
artificialmente addizionato di elementi estranei, si parla di
drogaggio.
• Drogare un materiale significa quindi aggiungere volutamente delle impurità per cambiare le proprietà elettriche del materiale stesso.
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drogaggio PN
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21With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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Giunzione PNTale giunzione è realizzata ponendo a contatto
due cristalli, uno dei quali contiene atomi trivalenti (ad es. di boro), mentre l’altro contiene atomi pentavalenti (ad es. fosforo).
Il cristallo di tipo P, contenente gli atomi trivalenti, presenta nel reticolo delle lacune, mentre quello di tipo N con gli atomi pentavalenti presenta elettroni in più.
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Giunzione PN
23With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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24With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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Giunzione PN
All’interfaccia tra i due cristalli, gli elettroni del cristallo N si diffondono verso il cristallo P (e viceversa per le lacune), formando una regione di carica spaziale in cui mancano i portatori mobili di carica (regione di svuotamento).
Il processo si ferma quando il campo elettrico che si genera controbilancia il moto di diffusione
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26With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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27With the support of the Lifelong Learning Programme of the European Union. This project has been funded with support from the European
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