Pannelli solari fotovoltaici e termici

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Pannelli solari fotovoltaici e termici

I PANNELLI SOLARI

I pannelli solari trasformano l’energia solare in energia elettrica; sono in grado di funzionare anche in assenza di luce diretta o in caso di cielo coperto. Essi possiamo distinguerli in:

- PANNELLI SOLARI FOTOVOLTAICI finalizzati alla produzione di energia elettrica per un normale uso domestico.

- PANNELLI SOLARI TERMICI finalizzati al riscaldamento delle acque sanitaria. In 1°luogo ci permettono di riscaldare l’acqua sanitaria per uso quotidiano senza utilizzare gas o elettricità. In 2° luogo è un vantaggio economico. Essi hanno una notevole crescita nel mercato europeo; dal lato tecnologico i rendimenti d’uso dei pannelli sono fortemente migliorati rispetto al passato. Essi si possono installare nelle case a scelta privata ogni proprietario può valutare l’installazione dei collettori solari (pannelli solari) e farsi quattro calcoli sul vantaggio economico che ne conseguirà. Ecco ciò che sgrava però lo stato della dipendenza energetica e riduce importazione dei gas o del petrolio. L’uso dei pannelli solari termici riduce anche le spese pubbliche sanitarie o ambientali per riparare i danni provocati all’ambiente. Normalmente questo sistema è composto da un pannello che riceve l’energia solare e da uno scambiatore dove circola il fluido utilizzato per trasferirlo al serbatoio utilizzato per catturare l’energia accumulata. Questo sistema può avere 2 tipi di circolazione: naturale o forzata.

NATURALE: per far circolare il fluido nel sistema solare si sfrutta la convenzione, esso consiste nel riscaldare il liquido vettore nel pannello solare, successivamente esso si dilata e galleggia rispetto a quello più freddo che c’è nello scambiatore del serbatoio, spostandosi quindi nello scambiatore messo più alto rispetto al pannello solare dando il suo calore all’acqua sanitaria del secondario. Questa tipologia di circolazione è più semplice rispetto a quella forzata.

FORZATA: il percorso del liquido avviene con l’aiuto di pompe solo quando nei pannelli il fluido vettore ha una temperatura più alta rispetto all’acqua nei serbatoi di accumulo. Per regolare la circolazione bisogna procurarsi sensori elettrici, che confrontano la temperatura del fluido nel collettore con quella del serbatoio di accumulo.

L’ACCUMULO è una parte integrale del pannello che in questi casi è posta sopra d’esso o nelle vicinanze. Molto spesso l’accumulo, fa parte dell’impianto termico e non del pannello.

-PANNELLI SOLARI A CONCENTRAZIONE concentrano i raggi solari in un punto tramite un sistema di specchi parabolici, il calore così generato surriscalda un liquido termo vettore o un serbatoio fino a 400 – 600° c. il calore generato può essere riutilizzato per generare forza a vapore e quindi elettricità.

ENERGIA SOLARE

L'energia solare è un'energia pulita e inesauribile, che non inquina e non contamina, distribuita, anche se, in modo uniforme su tutto il globo. L'energia solare però presenta anche degli inconvenienti; innanzitutto è una fonte in terminante e invariabile, in quanto legata all'alternarsi del giorno e della notte, al variare delle stagioni e al mutare delle condizioni climatiche. L'energia solare è diffusa ovunque ma alcune zone della Terra sono più favorite rispetto ad altre.
Le principali tecnologie che utilizzano l'energia solare riguardano i seguenti campi di applicazione:

produzione di calore a bassa temperatura
produzione di calore ad alta temperatura

conversione fotovoltaica

Fonte:http://cmapspublic2.ihmc.us/rid=1HD46HDGN-178V630-L0P/I%20PANNELLI%20SOLARI.rtf

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

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Glossario fotovoltaico

Accumulatore: apparecchio destinato ad assorbire od accumulare energia (elettrica, termica, meccanica) da distribuirsi nel momento opportuno e nella misura richiesta.

Accumulatore elettrochimico: dispositivo che converte l’energia chimica in energia elettrica tramite un processo di ossido-riduzione (redox). V. batterie di accumulatori.

Acido solforico: liquido, di formula H2SO4, inodore, incolore, di consistenza oleosa, è solubile, con tutti i rapporti, in acqua, sviluppando calore. È un acido forte; attacca tutti i metalli, ad esclusione di oro e platino. È un forte disidratante, toglie, in altre parole, l’acqua alle sostanze che ne contengono.

Acqua distillata: acqua purissima, ottenuta per distillazione.

Albedo: rifrazione della luce solare prodotta dall’ambiente circostante.

Ampère (A): unità di misura dell’intensità della corrente elettrica; equivale ad un flusso di carica in un conduttore pari ad un Coulomb per secondo.

Amperora (Ah): quantità di elettricità equivalente a quella trasportata dal flusso di corrente di 1 Ampère durante un’ora.

Angolo di elevazione: distanza angolare del sole rispetto al piano dell’orizzonte.

Angolo di inclinazione: angolo formato dalla superficie di un pannello con il piano orizzontale (0° quando la superficie è orizzontale, 90° quando è perpendicolare al suolo).

Angolo d’incidenza: angolo compreso fra la perpendicolare di un piano inclinato e un raggio luminoso che lo colpisce.

Anodo: in un accumulatore elettrochimico corrisponde all’elettrodo positivo.

Arseniuro di Gallio (GaAs): composto chimico dotato di caratteristiche elettriche tipiche dei semiconduttori. Viene utilizzato per produrre celle ad altissimo rendimento, anche se generalmente limitate all’uso spaziale a causa dei notevoli costi di produzione.

Autoscarica: in un accumulatore elettrochimico corrisponde alla perdita di energia dovuta al trascorrere del tempo. Può dipendere da reazioni dirette fra materiale attivo ed elettrolita causata da dispersioni interne al dispositivo.

Azimuth: distanza angolare misurata in gradi in senso orario attorno all’orizzonte dell’osservatore a partire da sud; pertanto un Azimuth di 0° indica il sud; un Azimuth di 90° indica l’ovest e un Azimuth di –90° indica l’est.

Batteria al Nickel-Cadmio: accumulatore formato da piastre di Nickel e di Cadmio immerse in un elettrolita al calino.

Batteria al Piombo-Acido: tipo di accumulatore formato da piastre di piombo puro, piombo-antimonio o piombo-calcio immerse in un elettrolita acido (normalmente acido solforico).

Batterie cariche secche: speciali tipi di accumulatori.

Batterie di accumulatori: dispositivi di accumulo di energia elettrica, generalmente collegati insieme, che permettono di ottenere tensioni o correnti, potenze o capacità elettriche superiori a quelle prodotte dai singoli elementi che li compongono. Nella fase di carica vengono usati per immagazzinare energia elettrica, che viene in seguito restituita in fase di scarica.

Cablaggio: unione di più parti elettriche per la realizzazione di un impianto.

Campo ad inclinazione fissa: campo fotovoltaico costituito da moduli disposti su strutture fisse di sostegno.

Campo ad inseguimento: campo fotovoltaico costituito da moduli disposti su strutture di sostegno mobili che seguono automaticamente il movimento del sole. Il movimento di inseguimento può avvenire su un solo asse oppure su entrambi.

Campo fotovoltaico: insieme di tutti i blocchi o sottocampi che costituiscono la centrale fotovoltaica.

Capacità: quantità di carica elettrica che un conduttore deve far propria perché il suo potenziale aumenti di un Volt.

Capacità della batteria: quantità di elettricità accumulata da una batteria di accumulatori ed erogabile prima che la stessa scenda ai morsetti sotto un valore prefissato. Si misura in Amperora.

Capacità nominale: capacità dichiarata dal costruttore per una certa batteria. La capacità nominale è riferita ad un regime di scarica di 10 ore alla temperatura di 25 °C: viene indicato con il simbolo C10. Si misura in Amperora.

Carica ciclica: funzione del regolatore di carica per raggiungere una carica del 100%.

Carica in tampone: metodo di carica per batterie, che consiste nel tenere ai loro capi costantemente la tensione di carica. Funzione prevista nel regolatore di carica per mantenere la tensione della batteria al valore di circa 13,7 V.

Carica SOFT: funzione del regolatore, attivata in contemporanea con la funzione di carica in tampone, per limitare il consumo dell’acqua della batteria.

Carico elettrico: quantità di potenza elettrica istantanea erogata, consumata ed assorbita da un qualsiasi utilizzatore elettrico. Si misura in Watt.

Cassetta di terminazione: contenitore a tenuta stagna, costituito normalmente in materiale plastico fissato sul retro di un modulo fotovoltaico e contenente la morsettiera per il collegamento elettrico e i diodi di by-pass.

Catodo: in un accumulatore elettrochimico corrisponde all’elettrodo negativo.

Cella fotovoltaica: elemento base del generatore fotovoltaico, costituito da materiale semiconduttore opportunamente trattato mediante “drogaggio”, che converte la radiazione solare in elettricità.

ChiloWatt: multiplo dell’unità di misura della potenza, pari a 1000 Watt; il suo simbolo è KW.

ChiloWattora: unità di misura dell’energia consumata in un’ora da un apparecchio utilizzatore da 1 KW.

Ciclo di vita o durata di una batteria: valore convenzionale che indica il numero di cicli di carica e scarica che la batteria può effettuare prima di cessare di funzionare. Di solito esso è accompagnato da limitazioni sulle modalità dei cicli di carica e scarica.

Collegamento in serie: collegamento di utilizzatori attraversati dalla stessa corrente.

Collettore solare: dispositivo per la captazione dell’energia solare e la sua conversione in calore.

Collettore solare ad accumulo: sono prevalentemente composti da un serbatoio in acciaio inox che viene esposto direttamente al sole. Il serbatoio dipinto in nero, termicamente coibentato e coperto da una lastra di materiale trasparente termoisolante, è montato direttamente in una cavità del tetto in cui si trova uno specchio solare concavo che riflette la luce; vengono collegati direttamente alla rete dell’acqua fredda e calda senza l’ausilio di scambiatori di calore e pompe e possono essere collegati aduna caldaia a gas ausiliaria, che interviene automaticamente quando la temperatura scende al di sotto di quella richiesta.

Concentratore: modulo fotovoltaico che impiega elementi ottici accessori alfine di accrescere la quantità di luce incidente sulle celle fotovoltaiche.

Conduzione: trasmissione di calore da un estremo all’altro di un corpo, senza movimento e alterazioni macroscopiche del corpo stesso. La capacità di trasmettere calore, detta conducibilità termica, è una costante del materiale del corpo preso in esame, in quanto strettamente legata al numero di elettroni presenti nel materiale.

Conversione fotovoltaica: fenomeno per il quale la luce incidente su un dispositivo elettronico a stato solido (cella fotovoltaica) genera energia elettrica.

Convertitore CA/CC, raddrizzatore: dispositivo che converte la corrente alternata in corrente continua.

Convertitore CC/CA, inverter: dispositivo che converte la corrente continua in corrente alternata.

Corrente: flusso di cariche elettriche che scorre in un conduttore tra due punti aventi una differenza di potenziale (tensione). Si misura in Ampère (A).

Densità dell’elettrolita: in una batteria è il rapporto che vi è fra il peso dell’elettrolita e il suo volume. La densità dell’elettrolita è indice dello stato di carica della batteria e si esprime in g/cm3. Viene misurata mediante un densimetro a galleggiante.

Diffusione: processo mediante il quale la cella di silicio viene sottoposta a drogaggio con ioni di fosforo per permettere di costituire sulla sua superficie uno strato superficiale di tipo –n, necessario per ottenere la giunzione p-n, nucleo fondamentale del funzionamento della cella fotovoltaica. Il processo di diffusione avviene in forni speciali, a temperature non inferiori agli 870 °C e per tempi di circa 15 – 20 minuti.

Digitale: tipo di segnale elettrico.

Diodo: tubo elettronico a 2 elettrodi, capace di far passare un flusso di elettroni in una sola direzione.

Drogaggio: introduzione in quantità molto piccole (dell’ordine di 1 su 1000000) di impurità (elementi droganti) all’interno del materiale semiconduttore, al fine di “disturbare” la perfezione cristallina dello stesso e dare origine a un sensibile aumento delle capacità elettriche intrinseche.

Ebollizione dell’elettrolita: effetto che provoca la diminuzione della carica di una batteria.

Efficienza (%): rapporto tra la potenza (o l’energia) in uscita e la potenza (o l’energia) in ingresso.

Elettrolita: ambiente che permette il meccanismo di trasferimento degli ioni tra gli elettrodi negativo e positivo di una batteria.

Energia: in generale si misura in J (Joule); quella elettrica che qui interessa si misura in Wh (Wattora) ed equivale all’energia resa disponibile da un dispositivo che eroga un Watt di potenza per un’ora:

1 Wh = 3600 J
1 cal = 4,186 J
1 Wh = 860 cal

Film sottile: è il prodotto della tecnologia che sfrutta la deposizione di un sottilissimo strato di materiali semiconduttori per la realizzazione della cella fotovoltaica.

Fotovoltaico: termine composto da “foto”( dal greco “luce”) e “voltaico” ( dal nome dello scienziato italiano Alessandro Volta, tra i primi a studiare i fenomeni elettrici e inventore della pila).

Frequenza: grandezza fisica che, nel caso della corrente alternata, indica il numero di oscillazioni che, la corrente o la tensione, effettuano in un secondo. L’unità di misura è l’Hertz (Hz).

Generatore fotovoltaico: generatore elettrico sostituito da un insieme di moduli fotovoltaico collegati in modo da ottenere valori di potenza e tensione desiderati.

Giunzione: è il confine fra regioni di semiconduttore aventi polarità opposte. Se la giunzione è realizzata fra regioni di uguali semiconduttori essa è detta “omogiunzione”; se invece è realizzata fra regioni di differenti semiconduttori è detta “eterogiunzione”.

Grasso antiacido: vaselina; serve ad evitare che l’acido solforico corroda i poli della batteria.

Impianto a pannelli solari termici: un impianto a pannelli solari per la produzione di acqua calda sanitaria o ad uso termico. È composto fondamentalmente dai seguenti elementi: uno o più collettori solari; uno o più serbatoi solari, boiler nel caso di produzione di acqua calda o accumulatore solare nel caso di integrazione al sistema di riscaldamento; un circuito delle tubazioni del pannello; un circuito delle tubazioni dell’acqua da riscaldare.

Inseguitore solare: struttura di sostegno del pannello solare che mediante un dispositivo elettroassistito, permetta di “inseguire” il tragitto del sole. Lo spostamento può essere effettuato variando l’asse orizzontale, oppure quello orizzontale e verticale contemporaneamente.

Intrinseco: detto del silicio o di altri semiconduttori, quando non viene drogato con altri elementi chimici.

Inverter: vedi convertitore statico CC/CA.

Inveter parallelo rete: inverter nel quale si immette corrente continua generata da un campo fotovoltaico e che è in grado di trasformarla in corrente alternata a 50Hz 220V o 380V trifase al fine di immetterla direttamente in una rete locale in bassa tensione.

Irraggiamento: radiazione solare istantanea incidente (quindi una potenza) sulla superficie di un oggetto. Si misura in KW/m2. L’irraggiamento rilevabile all’equatore, a mezzogiorno e in condizioni atmosferiche ottimali, è pari a circa 1000 W/m2.

Laminazione: processo meccanico durante il quale un metallo e altri materiali vengono trasformati in lamine sottili, con spessore inferiore al mm.

Modulo fotovoltaico: insieme di celle fotovoltaiche collegate tra loro in serie o in parallelo, così da ottenere valori di tensione e corrente adatti ai comuni impieghi, quali la carica di una batteria. Nel modulo, le celle sono protette dagli agenti atmosferici da un vetro sul lato frontale e da materiali isolanti e plastici sul lato posteriore.

Monocristallino: termine utilizzato per definire che una determinata sostanza è formata, riproducendo nelle tre dimensioni, un singolo cristallo della sostanza stessa.

Monofase: detto di un circuito elettrico che ha una fase sola.

O

Ohm (W): unità di misura della resistenza elettrica. Corrisponde a un tratto di filo conduttore che, percorso da una corrente di 1 A, presenta al suo capo una differenza di potenziale di 1 V.

Orientamento: posizione in cui viene collegato un modulo rispetto ai punti cardinali. Viene calcolata in base al valore dell’azimuth.

Pannello fotovoltaico: insieme di più moduli, collegati in serie o in parallelo, in una struttura rigida.

Peso specifico: può essere: assoluto, quando è il rapporto fra il peso e il volume di una determinata sostanza, o relativo quando è il rapporto fra il peso di una sostanza e quello di un eguale volume di acqua distillata a 4°C.

Polarità: la proprietà posseduta da punti detti “poli”, all’interno di un campo elettrico o magnetico; è caratterizzata dalla presenza di cariche opposte, positive o negative.

Potenza (W): energia prodotta nell’unità di tempo. Si misura in W = J/s (W = Watt; J = Joule; s = secondo).

Potenza di picco: è la potenza espressa in Wp (watt di picco), erogata nel punto di massima potenza nelle condizioni standard.

Quadro di campo: o anche di parallelo stringhe, è un quadro elettrico in cui sono convogliate le terminazioni di più stringhe per il loro collegamento in parallelo. In esso vengono installati anche dispositivi per sezionamento e protezione.

Raddrizzatore: è un dispositivo che converte la corrente alternata in corrente continua.

Radiazione diffusa: parte della radiazione solare ricevuta, dopo la riflessione e la dispersione da parte dell’atmosfera, da un pannello solare (superficie di captazione).

Radiazione diretta: parte della radiazione solare che colpisce direttamente, con uno specifico angolo d’incidenza, la superficie di un pannello solare (superficie di captazione)

Radiazione globale: è l’insieme della radiazione diretta, della radiazione diffusa e dell’albedo.

Radiazione solare (kWh/m2): energia elettromagnetica che viene emessa dal sole in seguito ai processi di fusione nucleare che in esso avvengono. La radiazione solare (o energia) al suolo viene misurata in kWh/m2.

Regolatore: dispositivo elettronico capace di controllare una determinata grandezza fisica che agisce in un determinato sistema.

Rete pubblica in bassa tensione (BT): rete di distribuzione dedicata alla distribuzione pubblica in corrente alternata, di tipo monofase o trifase, con tensione nominale da oltre 50 V fino a 100 V.

SCR: diodo controllato di potenza (Silicon Controlled Rectified = Rettificatore Controllato di Silicio), in grado di interdire e stabilire correnti.

Semiconduttori: sostanze solide cristalline come il silicio (Si), dotate di caratteristiche elettriche intermedie tra quelle dei conduttori e degli isolanti.

Silicio (Si): elemento chimico semiconduttore, non predente in natura allo stato libero, di colore bruno nerastro usato per costruire celle fotovoltaiche.

Silicio amorfo: tipo di silicio per celle fotovoltaiche che non ha struttura cristallina.

Silicio cristallino: tipo di silicio a struttura cristallina. A seconda della struttura atomica che lo caratterizza, può essere monocristallino o policristallino.

Silicio di tipo n-: silicio avente una struttura cristallina che contiene impurità cariche negativamente.

Silicio di tipo p-: silicio avente una struttura cristallina che contiene impurità cariche positivamente.

Silicio drogato: detto del silicio, nel caso vi siano state inserite delle sostanze chimiche appartenenti al III° gruppo (drogato p), o del V° gruppo (drogato N).

Silicio monocristallino: silicio costituito da un singolo cristallo.

Silicio policristallino: silicio costituito da più cristalli.

Silicio solare: silicio, prodotto appositamente per l’industria fotovoltaica o di scarto dell’industria elettronica, avente caratteristiche di purezza sufficienti per la preparazione delle celle.

Sinusoide: curva che, in un diagramma, rappresenta la funzione seno.

Sistema fotovoltaico: sistema costituito da moduli fotovoltaici ed altri componenti progettato per fornire potenza elettrica a partire dalla radiazione solare.

Sistema fotovoltaico connesso a rete ( grid connected): sistema fotovoltaico collegato alla rete di distribuzione di energia elettrica.

Sistema fotovoltaico isolato (stand-alone): sistema fotovoltaico non collegato alla rete elettrica di distribuzione.

Solfatazione: formazione di cristalli di solfato di piombo sugli elettrodi di un accumulatore (batteria), effetto che può metterlo fuori uso.

Sottocampo: collegamento elettrico in parallelo di più stringhe. L’insieme dei sottocampi costituisce il campo fotovoltaico.

Sottosistema: ognuno dei componenti che fanno parte di un sistema fotovoltaico (stringa, controller, inverter, ecc.)

Stato di carica: in un accumulatore di batterie costituisce la quantità di carica presenta in un certo momento e che viene considerata in percentuale rispetto alla carica massima.

Stringa: insieme di moduli o pannelli collegati elettricamente in serie fra loro per ottenere la tensione di lavoro del campo fotovoltaico.

Tensione: differenza di potenziale elettrico.

Transistor: dispositivo elettronico, capace di svolgere funzioni rivelatrici e amplificatrici, realizzato con semiconduttori (generalmente con cristalli di germanio e di silicio). Esso ha permesso di ridurre di molto le dimensioni, e i costi, di molti oggetti di uso comune, come radio, computer, televisori.

Utente: persona fisica o giuridica che usufruisce del servizio di fornitura dell’energia elettrica. Tale servizio è regolato da un contratto di fornitura stipulato con la Società elettrica.

Fonte:http://istruzione.umbria.it/news2006/fotovoltaico/iis-rosselli-castiglion-lago/Glossario.doc

Pannelli solari fotovoltaici e termici