produzione di energia elettrica con sistemi a celle ... - Il Saturatore

cenni introduttivi
Dove:
h costante di Planck 6.625 10 -4 Js
ν frequenza, Hertz
c velocità della luce nel vuoto fisico, 3 10 -8 m/s
λ lunghezza d’onda, m
L’energia del fotone, E fotone , è espressa in Joule. Per le applicazioni nel campo dei
semiconduttori è più comodo però esprimere l’energia del fotone in elettronvolt (eV):
E fotone − eV
dove
= hc / qλ
= 1,
242 / λµ
m eV
Q carica dell’elettone, 1.6 10 -19 Coulomb
lunghezza d’onda, µm
λµm
6
Intensità relativa
ultravioletto
visibile
infrarosso
lunghezza d'onda µm
energia del fotone in eV
Walter Morgano Tesi di Dottorato di Ricerca
ultravioletto
visibile
infrarosso
λ λ
lunghezza d'onda µm
Fig.1 - Densità dello spettro di energia del Sole all’esterno dell’atmosfera
ed energia del fotone
Un fotone con una lunghezza d’onda di 0.5 µm ha l’energia di circa 2.5 eV (figura 1). In
un semiconduttore al silicio a 20°C l’energia di un fotone di 1.12 eV è sufficiente per
liberare un elettone di valenza dalla sua banda. Gli elettroni liberi e le buche che hanno
origine dalla liberazione degli elettroni per effetto dell’interazione dei fotoni danno
luogo ad una corrente nel dispositivo.
Le prime applicazioni fotovoltaiche hanno avuto luogo nel 1955, quando fu installata
una stringa fotovoltaica per alimentare un ripetitore telefonico in un villaggio rurale.
Sebbene le prove siano state coronate dal successo, gli elevati costi di una stringa
rendevano il sistema non competitivo con le sorgenti alternative di energia elettrica. Con
l’avvento dei satelliti artificiali (il primo Sputnik nel 1957) le stringhe fotovoltaiche
trovarono, poi, una maggiore diffusione.
Il primo satellite che sfruttò la tecnologia fotovoltaica per l’alimentazione dei propri
impianti fu il Vanguard I, lanciato nel 1958, il suo radio trasmettitore fu alimentato con
celle fotovoltaiche a silicio ed operò per quasi otto anni. Certamente i costi furono
elevati, dell’ordine di 100.000 $ per Watt, malgrado ciò, i sistemi di alimentazione a celle
fotovoltaiche per l’alimentazione dei satelliti artificiali risultò un’alternativa
economicamente vantaggiosa.
Al giorno d’oggi le stringhe di celle fotovoltaiche per la produzione di potenza elettrica e
per l’alimentazione di sistemi satellitari, per quanto riguarda le comunicazioni,
rappresentano l’opzione più valida.
Quantunque la produzione di celle fotovoltaiche per gli usi satellitari sia risultata
vantaggiosa anche al tempo della crisi energetica del 1970, i costi erano però allora
proibitivi per le applicazioni terrestri.