PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

13 Aprile 2019 0 Di nestor

La  generazione di energia elettrica solare  è una delle fonti energetiche rinnovabili in più rapida crescita e più promettenti al mondo. Al giorno d’oggi, l’energia elettrica diventa uno dei bisogni fondamentali nella nostra vita quotidiana, che aumenta la domanda per esso.

Le tradizionali fonti di generazione di elettricità si stanno esaurendo, costringendoci a passare alle tecnologie di produzione di energia solare.

GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

Come fonte importante di produzione di elettricità, i combustibili fossili sono esauriti giorno per giorno e il loro uso solleva anche serie preoccupazioni ambientali. Queste ragioni costringono lo sviluppo di nuove fonti di energia rinnovabili ed ecologicamente sicure.

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

 

Le fonti energetiche rinnovabili includono l’energia eolica, solare, idrica, biomassa e geotermica. Di questi, l’energia solare ha il maggiore potenziale a lungo termine e dovrebbe svolgere un ruolo importante nei prossimi anni. È il metodo più economico per generare elettricità rispetto ad altre fonti di energia.

Cos’è l’energia solare e perché sceglierla?

L’energia solare è la conversione della radiazione solare in elettricità attraverso l’uso di celle solari fotovoltaiche. 

Questa conversione avviene nella cella solare per effetto fotovoltaico. Come molti esperti dicono, la quantità di energia solare che raggiunge la terra è più di 10.000 volte l’attuale consumo di energia dell’uomo.

Inoltre, l’energia creata dall’energia solare è sufficiente per un anno per l’intero pianeta, se potessimo convertire il 100 percento dell’energia solare in energia elettrica in un’ora.

Esistono diverse applicazioni che usano l’energia solare, ecco le informazioni sulla generazione di elettricità attraverso le celle fotovoltaiche. La generazione di energia solare è la via più efficiente per la generazione di energia perché richiede una quantità minima di passaggi (per produrre elettricità) rispetto a quella di altri metodi di generazione.

Ci sono due modi per convertire la luce solare in elettricità. In un metodo, l’energia solare viene utilizzata semplicemente come fonte di calore. Questo calore viene anche utilizzato per produrre vapore, che aziona la turbina a vapore. Questo metodo di generazione di energia si chiama generazione solare termica.

Nel secondo metodo, l’energia solare viene convertita direttamente in energia elettrica utilizzando celle fotovoltaiche (o solari) come menzionato sopra. La cella fotovoltaica è realizzata in materiale semiconduttore di silicio.

Alcuni dei fattori per scegliere la generazione di energia solare sono elencati di seguito.

  • L’energia solare è disponibile liberamente e convenientemente in natura e non richiede l’alimentazione di rete.
  • L’impianto di generazione solare può essere installato in pochi mesi, mentre le centrali elettriche convenzionali impiegano diversi anni per costruire un impianto di generazione elettrica.
  • L’energia solare è energia pulita perché non produce inquinamento atmosferico o idrico. Inoltre, non ci sono parti mobili per creare inquinamento acustico. A differenza dei combustibili fossili, nessuna emissione tossica viene emessa nell’atmosfera durante la generazione di energia solare.
  • L’energia solare ha un costo operativo inferiore, il che significa che una volta effettuato l’investimento di capitale, non è necessario continuare ad acquistare combustibili fossili poiché l’energia solare è effettivamente gratuita.

Come viene generata l’energia solare dalla cella fotovoltaica?

Una cella fotovoltaica (può essere chiamata una cella solare) è un dispositivo a semiconduttore che converte l’energia della luce solare in elettricità senza passare attraverso alcuna fase di conversione dell’energia.

Questa conversione avviene per effetto fotovoltaico e, quindi, sono chiamate celle fotovoltaiche (PV). Genera tensione e corrente nei suoi terminali quando la luce del sole lo colpisce.

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

 

La forma e la quantità di energia generata da una cella solare dipendono dalla luce solare che cade su di essa. Ciò include anche alcuni fattori come l’intensità della luce, l’angolo a cui la luce si abbassa e l’area della cella.

Maggiore è la potenza generata, maggiore è l’intensità della luce. Se l’area della cella è più, anche la potenza generata è maggiore. E la potenza ottimale viene generata quando la luce che cade è perpendicolare alla parte anteriore della cella.

Le celle solari sono fatte di materiale semiconduttore di silicio e sono trattate con fosforo e boro per formare un wafer di silicio sottile. Gli strati del wafer sono allineati insieme per formare le celle solari, una volta che sono drogati.

Indipendentemente dalla tecnologia e dal materiale utilizzato, ogni cella solare ha due terminali (terminali positivi e negativi) per estrarre la corrente elettrica da esso. Tipicamente, una cella solare consiste nel contatto frontale nella parte superiore, nella giunzione PN nel mezzo e nel contatto posteriore nella parte inferiore.

Fondamentalmente, la luce del sole consiste di fasci di fotoni, in cui ogni fotone ha una quantità limitata di energia. Per generare elettricità da una cella solare, questi fotoni devono essere assorbiti da essa. L’energia del fotone e anche l’energia della banda proibita del materiale semiconduttore decidono l’assorbimento di un fotone.

Ecco il termine Elettron-volt (eV) che è l’unità di energia che esprime l’energia del fotone e l’energia dello spazio di banda di un materiale semiconduttore.

Effetto fotoelettrico

Il materiale semiconduttore del pannello solare assorbe i fotoni alla luce del sole. Per questo motivo, le coppie elettrone-foro sono generate nella giunzione. 

Quando la cella solare è collegata alla carica, gli elettroni e i fori nella giunzione sono separati l’uno dall’altro, dove gli elettroni sono raccolti nel terminale negativo e i fori nel terminale positivo.

Pertanto, il potenziale elettrico viene generato tra i terminali e, quindi, la tensione si sviluppa attraverso di esso. Questo porta ulteriormente la corrente (DC) ai carichi CC, all’inverter o al circuito di carica della batteria.

Se vengono assorbiti più fotoni, maggiore è la corrente generata. Tuttavia, gran parte della radiazione solare che cade sulla cella solare non viene convertita in energia elettrica.

Questo perché la luce è composta da fotoni di diverse lunghezze d’onda. Alcuni fotoni colpiscono la cella solare e quindi riflettono e impediscono l’ingresso nella cella.

 In alcuni materiali, gli elettroni generati si ricombinano con altre molecole prima di essere assorbiti dalla corrente.

Allo stesso modo, ci sono molte ragioni per il basso tasso di conversione o efficienza. L’efficienza di conversione dei pannelli solari utilizzati nelle singole abitazioni varia tra il 6 e il 10%.

E per installazioni su larga scala e impianti solari, i pannelli solari sono progettati con i migliori materiali e tecnologie per ottenere una maggiore efficienza di conversione che va dal 40 al 60%, ma sono più costosi.

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

 

Uno solare cella 4 cm2 sviluppa una tensione da 0,5 a 1 V e può verificarsi potenza 0.7W quando esposti alla luce solare. In generale, il pannello solare di migliore progettazione ha un’efficienza massima del 25%.

Per generare una grande differenza di potenziale o tensione e una maggiore potenza elettrica, queste singole celle sono collegate tra loro, il che significa che alcune celle sono collegate in serie e alcune sono in parallelo.

I moduli fotovoltaici sono formati collegando la quantità di celle solari insieme. E diversi moduli fotovoltaici sono collegati insieme per realizzare una matrice fotovoltaica che può essere utilizzata per piccole potenze e per applicazioni di generazione di energia elevata.

Quali sono i componenti della generazione di energia elettrica solare?

I componenti principali nella generazione di energia elettrica da energia solare includono

Pannelli solari

I moduli di celle solari o pannelli solari convertono l’energia solare in energia elettrica. Questi sono montati in modo tale da raccogliere la massima energia del sole. La maggior parte dei pannelli solari ha una tensione di 12V (un mezzo volt di celle fotovoltaiche sono collegate in serie, all’interno del pannello solare per produrre l’alta tensione dice 12V).

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

 

I pannelli sono collegati in serie per formare una matrice solare che produce una tensione superiore, solitamente 24 o 48 V in sistemi indipendenti, oppure può essere di diverse centinaia di volt in sistemi collegati alla rete.

Se i pannelli sono collegati in parallelo, la corrente fornita al carico sarà maggiore e, quindi, avrà più potenza mantenendo la stessa tensione. Indipendentemente dal collegamento in serie o in parallelo, la potenza nominale del sistema aumenta quando vengono collegati più pannelli solari.

Qui, un array solare è realizzato con quattro pannelli solari 12 V e 12 W, in cui ogni pannello produce una corrente di 1 A. Quindi, questa matrice sarebbe classificata come 48 V, 48 W con corrente di 1 A.

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

 

Se gli stessi pannelli solari con classificazione sono collegati in parallelo per formare una matrice di quattro pannelli solari, allora il campo solare sarebbe classificato come 12V, 48W con 4 A di corrente.

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

 

batteria

Ad eccezione del sistema connesso alla rete, tutti gli altri sistemi di generazione di energia solare utilizzano le batterie per immagazzinare l’energia generata dai pannelli solari. Poiché la quantità di energia solare generata dipende dall’intensità della luce solare, le batterie forniscono una fonte costante di energia elettrica una volta che è completamente carica.

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

 

Per la maggior parte, le batterie al piombo e acido sono utilizzate nei sistemi solari elettrici. Come i pannelli solari, le batterie possono essere collegate insieme per formare un banco di batterie.

Questi possono essere collegati in serie o in parallelo, in modo simile ai pannelli solari per ottenere la tensione, la corrente e la potenza nominale desiderate. Il tipo di batteria scelto dipende dal fabbisogno energetico di un sistema e dal suo budget.

controllore

Regola l’input e l’output della batteria. Se la corrente generata sovraccarica la batteria, provoca danni alla batteria. Inoltre, se la batteria è completamente scarica, distruggerà la batteria. Pertanto, il regolatore solare impedisce che le batterie vengano sottoposte a queste condizioni.

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

 

Il modulo del controller di carica bilancia la quantità di elettricità utilizzata per alimentare l’apparecchio e le luci con l’energia generata. Inoltre, previene il danneggiamento delle batterie dovuto a sovraccarico e scarica profonda. Inoltre, dà l’allarme quando il modulo non funziona correttamente.

investitore

L’elettricità generata dai pannelli solari è una corrente continua (CC), mentre la maggior parte delle apparecchiature elettriche funziona con corrente alternata (CA) e, pertanto, è necessario un convertitore per convertire la corrente continua in corrente alternata, nient’altro di un investitore.

Inoltre, se l’impianto solare è collegato alla rete, la tensione CC generata deve essere convertita in CA. Pertanto, l’apparecchiatura dell’inverter converte la tensione CC in corrente alternata e nella stessa tensione di quella della rete o del valore nominale del dispositivo.

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA SOLARE

 

Come una recente invenzione, la maggior parte dei singoli pannelli solari sono collegati con micro inverter che forniscono alta tensione CA. Questi sono adatti solo per i sistemi collegati alla rete e non sono adatti con i sistemi di backup della batteria.