Differenze tra Generatore Fotovoltaico e Fotovoltaico Organico

Scopri le differenze che ci sono tra un Generatore Fotovoltaico e la cella di Graetzel definito anche come “fotovoltaico organico”.

I pannelli fotovoltaici usati oggi sono semplicemente l’unione di moduli di celle formate da giunzioni n-p. Queste sono costituite da uno strato che va dagli 0,25 mm agli 0,35 mm di un materiale semiconduttore, il più delle volte è silicio drogato.

Le celle in commercio sono di dimensioni che vanno dai 10×10 cm2 ai 15×15 cm2, con una capacità di produzione di circa 1,5-2 Watt di potenza in condizioni normali.‍

La potenza che si ricava da un elemento fotovoltaico prende il nome di potenza di picco (Wp) e il rendimento varia a seconda del materiale: per il silicio monocristallino si va dal 15% al 24%, per il silicio policristallino si va dal 12% al 17%, mentre per il silicio amorfo il rendimento è tra il 4% e il 10%.

I moduli fotovoltaici più diffusi in commercio sono formati generalmente da 36 celle distribuite in file da 4 collegate in serie per generare una potenza di circa 50 Watt, e la superficie è generalmente di 1 m2.

Se il fabbisogno energetico è maggiore, si possono collegare insieme più moduli per ottenere un pannello. Più pannelli collegati tra loro in serie formano una stringa, e la potenza elettrica richiesta determina il numero di stringhe che formerà il generatore fotovoltaico.

Per le utenze locali il generatore si collega ad un Inverter che trasforma la corrente continua in corrente alternata.

Esiste in oltre un sistema denominato Grid Connected che consente di vendere l’energia elettrica non sfruttata dal gestore del generatore.

Generatore Fotovoltaico

I generatori fotovoltaici presentano una curva caratteristica in un grafico I/V (corrente su tensione). In un primo tratto (AB) infatti, la curva descrive l’andamento di un generatore di corrente ideale, nel tratto finale (CD) invece, l’andamento diventa quello di un generatore di tensione ideale.

Queste due sezioni sono divise da una zona in cui si presenta un peculiare ginocchio, zona in cui il generatore fornisce il massimo della potenza. Le prestazioni del generatore dipendono da temperatura e irraggiamento.

Nello specifico, l’irraggiamento è l’energia solare nell’unità di tempo su ogni metro quadrato di superficie; la sua unita di misura è il watt su metro quadro (W/m2).

Le condizioni standard per un generatore sono una temperatura di 25 °C e un irraggiamento di 1000 W/m2, raggiungibile in condizioni di pieno sole.

Al diminuire dell’irraggiamento, la tensione rimane pressappoco costante, mentre diminuisce la corrente erogabile e di conseguenza la potenza massima.

All’aumentare della temperatura, invece, la corrente rimane costante ma la tensione diminuisce. Anche in questo caso il risultato è di un abbassamento della potenza massima erogabile.

Fotovoltaico organico: la cella di Graetzel

Le celle solari finora descritte convertono l’energia solare in energia elettrica tramite l’effetto fotovoltaico e di conseguenza in silicio è l’elemento chimico predominante nel campo.

Si trova in transistor, diodi circuiti integrati etc. Nelle celle di Graetzel, invece, il funzionamento e la trasformazione dell’energia avvengono in maniera totalmente diversa.

La prima differenza è che non si sfruttano semiconduttori di alcun tipo, in secondo luogo la separazione delle cariche (elettroni e buche) avviene in maniera separata. In questo tipo di celle è errato parlare di effetti fotovoltaici o fotoelettrici.

Il funzionamento di queste tecnologie ricorda molto la fotosintesi clorofilliana che avviene nelle piante. Una cella è costituita da un primo vetro conduttore sul quale è depositata una mistura di diossido di titanio (TiO2) in granuli di grandezze stimabili intorno alla decina di nanometri, e perciò detti nanocristalli, e di pigmento ricavato prodotti naturali (frutta, foglie).

L’altra faccia è costituita da un contro elettrodo. Tra i due vetri vi è un liquido elettrolita.

Quando la cella viene colpita dalla luce, il pigmento trasferisce un elettrone al diossido di titanio che lo trasporta fino al vetro conduttore.

Nello stesso momento una buca creatasi nel pigmento viene trasportata dall’elettrolita che, ossidandosi e cedendo quindi un elettrone, trasporta la carica positiva fino al contro elettrodo.

La fotosintesi delle piante produce ogni anno 8 volte il fabbisogno energetico dell’umanità. Se si riuscisse quindi a convertire l’energia solare con un rendimento del 10% su una superficie dell’1% delle terre emerse, ricaveremmo il doppio dell’energia attualmente richiesta. Nonostante questo però, ancora nessuna tecnologia è riuscita a prevalere con successo sull’uso di combustibili fossili.

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