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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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]
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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
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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
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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
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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
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Cottalasso - Faè - Ferrando - Smerieri
