Cella Fotovoltaica - Dipartimento di Fisica
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Energia dal Sole Progetto Lauree Scientifiche 2009 Dipartimento di Fisica Università di Genova Laboratorio di Fisica in collaborazione con il Liceo Scientifico Leonardo da Vinci Genova - 20 novembre 2009 Bruno Cottalasso – Laura Faè – Mariarosa Ferrando – Edgardo Smerieri Cella fotovoltaica • • La cella grezza risulta molto fragile. Commercialmente l’aspetto è diverso per la presenza di una struttura di protezione costituita da due vetri e da una cornice da cui escono due fili 2 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri Cella fotovoltaica Utilizzata per le misure effettuate nel giugno 2007 Da utilizzare per le misure del corso di novembre 2009 3 Come funziona ? Semplificando possiamo dire che la cella fotovoltaica è costituita da due strati di materiale semiconduttore P e N tra cui si stabilisce una differenza di potenziale ogni qual volta la cella è illuminata. Collegando un carico esso sarà attraversato da una corrente elettrica. Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri Rilievo della caratteristica V-I di una cella fotovoltaica 5 Circuito di misura Luce CELLA FOTOVOLTAICA Il valore della resistenza variabile da usare nell’esperienza dipende dalle condizioni di luce. Resistenza da 1 kΩ in presenza di sole Resistenza da 10 o 5 kΩ con luce artificiale Resistenza variabile 6 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri La misura Una volta montato il circuito 1. Si espone la cella alla luce solare 2. Si varia la resistenza di carico e per ogni valore: – si misura la tensione ai capi della cella – si misura la corrente nella resistenza di carico 3. La misura può essere ripetuta in condizioni di luminosità differente – con cielo sereno o coperto – ad ore differenti della giornata – in stagioni diverse – a latitudini diverse Se la misura è eseguita all’interno del laboratorio – si usa una fonte di luce artificiale – si può ripetere la misura con lampade di diversa intensità luminosa, di diversa natura e colore 7 Elaborazione dei dati • Grafico della corrente in funzione della tensione per ottenere la curva caratteristica della cella fotovoltaica • Calcolo della potenza erogata dalla cella e dissipata sulla resistenza di carico • Grafico della: – potenza in funzione della corrente – potenza in funzione della tensione – potenza in funzione della resistenza di carico 8 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri Caratteristiche della cella fotovoltaica • La cella fotovoltaica utilizzata nell’esperienza è il modello MSX-01 della Solarex MEGA • Dal “data sheet” fornito dal costruttore risulta che: – La tensione a circuito aperto è Vca = 10.3 V – La corrente massima di cortocircuito è Icc = 160 mA Nota: Le misure che vengono utilizzate come esempio per costruire i grafici sono state effettuate: - il giorno 11 Novembre 2009 alle ore 12 con cielo sereno - il giorno 19 Giugno 2007 alle ore 14 con cielo sereno (presso il Liceo Leonardo da Vinci di Genova) (presso il centro IMG dell’Università di Genova) - il giorno 21 Giugno 2007 alle ore 18 con cielo nuvoloso (presso il centro IMG dell’Università di Genova) 9 Caratteristica V-I Cella fotovoltaica Solarex MEGA modello MSX-01 140 120 Corrente [mA] 100 Corrente di cortocircuito 80 60 40 Tensione a vuoto 20 0 0 2 4 6 8 10 12 Tensione [V] 10 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri Grafico Potenza-Corrente Cella fotovoltaica Solarex MEGA modello MSX-01 1000 900 800 Potenza [mW] 700 600 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Corrente [mA] 11 Grafico Potenza-Tensione Cella fotovoltaica Solarex MEGA modello MSX-01 1000 900 800 Potenza [mW] 700 600 500 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 Tensione [V] 12 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri Massimo trasferimento di potenza • Esiste una condizione ottimale del valore della resistenza di carico per avere il massimo trasferimento di potenza • Nel nostro caso la potenza massima è di 897 mW relativa a – una resistenza ottimale che ha il valore di circa 73 Ω – una tensione di 8.1 V – una corrente di 110.6 mA • La resistenza equivalente interna della cella non è costante ma varia con la corrente erogata 13 Grafico Potenza-Resistenza di carico Cella fotovoltaica Solarex MEGA modello MSX-01 1000 900 800 Potenza [mW] 700 600 500 400 300 200 100 0 0 150 300 450 600 750 900 1050 Resistenza [ohm] 14 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri Quando non c’è il sole ….. in laboratorio Si possono usare vari tipi di lampade che forniscano una luce uniforme. Sono riportati i grafici con cui sono messe a confronto le caratteristiche V-I della cella per la luce solare, per quella prodotta da una lampada alogena e da una lampada a LED Cella fotovoltaica Resistenza variabile 15 Diverse sorgenti di luce Confronto 125 Sole cielo sereno in Novembre Corrente [mA] 100 75 50 Alogena 50W a 30 cm 25 LED 2.5 W a 30 cm 0 0 2 4 6 8 10 12 Tensione [V ] 16 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri E ora un altro pannello solare per un confronto cielo sereno – cielo coperto Misure effettuate nel giugno 2007 • • Il funzionamento di una cella fotovoltaica è fortemente influenzato dalla intensità luminosa della sorgente Dall’esame della caratteristica voltamperometrica si può notare che in differenti condizioni di luce – la tensione a vuoto risulta quasi la stessa – la corrente di cortocircuito cambia notevolmente 17 Altra cella fotovoltaica Confronto sereno-coperto Corrente in funzione della tensione 70 Con cielo sereno 60 Corrente [mA] 50 40 Corrente di cortocircuito Tensione a vuoto 30 Con cielo coperto 20 10 0 0 5 10 15 20 25 Tensione [V] 18 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri Altra cella fotovoltaica Confronto sereno-coperto Potenza in funzione della resistenza di carico 800,0 700,0 Potenza [mW] 600,0 Con cielo sereno 500,0 400,0 300,0 Con cielo coperto 200,0 100,0 0,0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Resistenza esterna 19 Altro pannello solare Confronto sereno-coperto Potenza in funzione della tensione 800 Con cielo sereno 700 Potenza [mW] 600 500 400 300 Con cielo coperto 200 100 0 0 5 10 15 20 25 Tensione [V] 20 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri Confronto sul trasferimento di potenza • I due grafici mettono a confronto la cella fotovoltaica in due situazioni di luce alquanto differenti • Esiste sempre una condizione ottimale del valore della resistenza di carico per avere il massimo trasferimento di potenza • La resistenza ottimale nel caso di cielo sereno ha un valore differente dal caso di cielo nuvoloso 21 Il “gruppo fotovoltaico” vi augura buon lavoro 22 Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri
