Energia e Potenza dalla luce del Sole
Massimo Mazzer, CNR-IMEM
Che cos'è l'energia ?
H: altezza
M: Massa (peso)
Per sollevare un peso serve energia Alla fine dove va a finire (gran parte del)l'energia utilizzata ?
E=gxMxH
Differenza fra Energia e Potenza
Con una forza più piccola e con più tempo a disposizione si può accumulare la stessa energia ma fra il sollevatore di pesi e la Pantera Rosa c'e' una notevole differenza di ...
Potenza = Energia per unità di tempo
In generale la Potenza è data dal prodotto fra
una corrente (I) e una differenza di livello (H) differenza di livello (H)
Corrente (I): numero di palline al secondo
Una corrente di palline cade da un'altezza H e fa girare una ruota a pale
H Generatrice di corrente
potenza
Per aumentare la potenza generata si può aumentare il dislivello
Generatrice di corrente H' > H
corrente
+ potenza
Oppure aumentare il numero di palline per unitĂ di tempo H Generatrici di corrente Corrente I' > I + potenza
Potenza = Corrente x Differenza di Potenziale
Corrente = Numero di Palline per unità di tempo Differenza di Potenziale = Altezza di partenza delle palline – Altezza a cui si trova la turbina
Energia = Potenza x Tempo = (Corrente x Tempo) x Differenza di Potenziale = Numero totale di palline x Differenza di Potenziale
Corrente Elettrica Orbite elettroniche
Direzione della corrente di elettroni Elettroni liberi
Elettroni liberi Elettroni liberi
-
Differenza di Potenziale
Nuclei
+
Potenza Elettrica Corrente
Differenza di Potenziale
Numero di elettroni al secondo Tensione elettrica
Corrente
Numero di palline al secondo
Differenza di Potenziale
Dislivello
Una cella solare genera corrente elettrica e differenza di potenziale sfruttando la luce del Sole
Campo elettrico
Corrente
Differenza di Potenziale
Come funziona?
Gli elettroni sono anche onde e hanno comportamenti simili alle onde sonore energia
Senza toccare i pistoncini della tromba questa è l'unica sequenza di note che si possono ottenere. Le altre sono “proibiteâ€?
Anche per gli elettroni nei materiali esistono delle energie “proibite� Intervallo di Energie proibite
Elettroni di conduzione
Elettroni di valenza
energia
L'intervallo di energie proibite è una caratteristica intrinseca del materiale che determina il valore massimo della differenza di potenziale di una cella solare
E la corrente?
Albert Einstein vince il Premio Nobel per la Fisica nel 1921
“per i suoi servizi alla Fisica Teorica, e in particolare per la sua scoperta della legge dell'effetto fotoelettricoâ€? La luce è costituita da particelle (fotoni) la cui energia dipende dal colore Gli elettroni di un materiale possono variare la loro energia assorbendo o emettendo un fotone
Assorbimento luce blu
Differenza di Potenziale
Intervallo di Energie proibite
Elettroni di conduzione
Elettroni di valenza
energia in pi첫
Assorbimento luce violetta
Differenza di Potenziale
Intervallo di Energie proibite
Elettroni di conduzione
Elettroni di valenza
La luce rossa non ha sufficiente energia per liberare un elettrone
Differenza di Potenziale
Intervallo di Energie proibite
Elettroni di conduzione
Elettroni di valenza
Quanti di Luce dal Sole: Colore ed Energia Numero di “Quanti di Luce” per unità di tempo
Energia proibita = tensione massima (V)
P=VxI
Corrente (I)
infrarosso
visibile Energia
ultravioletto
Quanti di Luce dal Sole: Colore ed Energia Numero di “Quanti di Luce” per unità di tempo
Energia proibita = tensione massima (V)
P=VxI
Corrente (I)
infrarosso
visibile Energia
ultravioletto
Efficienza della cella solare (%)
CIGS
Esiste un valore ottimale dell'intervallo di “energia proibita�, che massimizza la potenza elettrica generata e quindi l’efficienza della cella solare
I materiali vicini al massimo di questa curva sono i piu` utilizzati per produrre celle solari e sono naturalmente anche i piu` studiati in laboratorio
Intervallo di energia proibita
Fotovoltaico: filiera del Silicio cristallino
Silicio
Wafer
Celle Moduli
Impianto (semi)integrato
Impianto a terra
PED4PV Celle Solari a Film Sottile Spessore 100 volte pi첫 piccolo di una cella al Silicio
vetro
Struttura di cella solare a base di CuInGaSe2
plasma
fascio ico elettron
CIGS
vetro
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