Celle fotovoltaiche trasparenti, novità dall'UCLA

Celle fotovoltaiche trasparenti, novità dall'UCLA

La possibilità di realizzare celle solari trasparenti permetterà in futuro di usare le finestre per generare energia elettrica da erogare alle abitazioni

di pubblicata il , alle 08:21 nel canale Scienza e tecnologia
 

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29 Commenti
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Faster_Fox24 Luglio 2012, 12:12 #11
Originariamente inviato da: devilred
sapevo che un universita' americana aveva fatto belle scoperte in quest'ambito. costo dimezzato del 50% e rendimento del 90%.


Fonte please
TheQ.24 Luglio 2012, 15:24 #12
Originariamente inviato da: dav1deser
Pensa anche agli edifici non abitativi...chessò i centri commerciali che spesso hanno ampie vetrate sul soffitto. O magari gli edifici di uffici, dove spesso le pareti sono quasi completamente delle vetrate. In quei casi, anche se l'angolazione non è ottimale, direi che di Watt ne produci in quantità. Poi la questione finale è sempre il costo: se dovesse costare quanto una normale finestra in vetro, anche se mediamente producesse solo una decina di Watt, per quale ragione non dovresti metterla ovunque possibile? I nanocavi d'argento non lasciano ben presagire su prezzi estremamente concorrenziali, ma magari qualcuno riuscirà a sostituirli con materiali più economici...

mah io non vorrei che le speranze della gente confondessero la forte differenza esistente fra una cellula fotovoltaica ed un modulo.
I moduli fotovoltaici sono unioni di più cellule fotovoltaiche, mentre i moduli stanno fra di loro in serie.
Ora, l'immagine mostra una cellula fotovoltaica grande quanto una mano...quindi più cellule fotovoltaiche per finestra o per singolo vetro costituente di una vetrata e le giunzioni di alimentazione che collegano la cellula al modulo od alla rete sono visibili.
Ok, pensiamo pure di rendere invisibili anche questi collegamenti metallici... a questo punto si scopre che una qualsiasi ombra che coinvolge un modulo fotolvoltaico abbassa la potenza prodotta su questo, e dato che più moduli su una stringa sono in serie, la produzione della serie è costretta ad essere di caratteristiche elettriche pari al modulo di potenza inferiore perchè ombreggiato. E' il tipico problema che avviene negli impianti con gli alberi che in 20 anni crescono e oscurano qualche modulo o con l'effetto comignolo di un camino.
Tuttavia se spostiamo questo ad una parete che riceve magari l'ombreggiamento di edifici vicini le cose si complicano, anche perchè non esiste a tutt'oggi una legge che impedisce al vicino di costruire un rilevato che provoca l'ombreggiamento nel vicino impianto FW.

Direi quindi che nella maggior parte delle costruzioni, costituite da superfici chiuse e non aperte come vetri, la soluzione tubolare stile solyndra per l'azimut zero potrebbe già essere migliore (appoggi non inclinati ad inclinazione zero), meglio ancora se affiancata ad un'adeguata superficie di riflessione inferiore oppure la soluzione a film sottile su supporto in gomma, tutt'oggi molto vantaggiosa per prezzi di installazione su capannoni, ma decisamente pessima per efficienza (5% d'altra parte è costituita da silicio amorfo).

Inoltre il grosso problema è far entrare nella testa dura di certi architetti che oggi si costruiscono moduli fotovoltaici con un altro materale per i conduttori P-n, e non si usa più l'arseniuro. Per cui fra 20 anni non è niente vero che sarà costotissimo smaltire i moduli fotovoltaici (arsenico sostanza tossica che non dovrebbe essere rilasciata nell'ambiente), come invece blaterano spesso ai committenti. Tra l'altro se a 20 anni l'efficienza dei moduli resta all'80% dell'originale non ha nemmeno senso smaltire l'impianto
Al contrario le celle a produzione maggiore, le Ga-As hanno questo problema, e per questo sono bandite dalle sovvenzioni.
Itacla24 Luglio 2012, 17:20 #13
Originariamente inviato da: Faster_Fox
Fonte please


Ma non c'è bisogno di nessuna fonte per capire che quelle percentuali non stanno in piedi.
Se esistono si riferiscono sicuramente a qualcosa d'altro e non al rendimento totale dell'impianto.

Altrimenti davvero avremmo risolto tutti i nostri problemi da qui all'eternità.
lucusta24 Luglio 2012, 20:49 #14
aggiustiamo il tiro:
si parla di IR vicino, ossia con lunghezza d'onda sopra il visibile (700microm) e comunque sotto le microonde (meno di 1000microm); radiazione che comunque non sono per ora sfruttate.
se consideriamo l'energia della radiazione solare da ultavioletto a IR vicino, anche il rendimento delle tradizionali celle fa' pena (il 25% e' riferito appunto alla sola energia del visibile ristretto, che non e' nemmeno il 50% di quella totale, diversamente siamo sotto il 13% per le migliori celle, mentre diventa il 17% se non consideriamo l'UV corto, schermato dalla ionosfera).
percio' se mi dicono che e' il 4% della radiazione totale, dico che e' un ottimo risultato, perche' e' equiparabile all' 8% in riferimento al dichiarato sul solo visibile (quel 25% citato sopra) e al circa 6% su UV+visibile (in confronto al 17% citato sopra); se fosse il 4% seguendo la stessa filisofia del 25%.... e' un po' scarsino.

altra cosa: da come ho capito la tecnologia (nonaltro che l'inverso della tecnologia OLED, se non fosse che non sono diodi), non e' necessaria la perpendicolarita' ai raggi; la non perfetta normale con i raggi ne diminuisce solo la superfice irradiata, ma non la capacita' di assorbire la radiazone, come nelle celle tradizionali, perche' non sono sistemi multistrato (non celle multistrato, ma la sessa cella e' un multistrato di silicio, in cui sopra c'e' una griglia metallica che fa' da elettrodo), quindi non si comportano come tubi illuminati (in cui il cono di luce deve collimare sui due strati), ma solo come superfice; quindi questi pannelli sono decisamente piu' efficenti dei tradizionali per quanto riguarda il posizionamento statico, ma anche nell'irradiazione, in quanto gli IR vicini arrivano a terra anche attraverso uno strato di nuvole.
sempre se quel rendimento non consideri anche queste altre variabili; diversamente avrebbero un rendimento reale realmente basso.

c'e' da trovare un po' di notizie piu' precise....
Ranzo24 Luglio 2012, 21:57 #15
Originariamente inviato da: Itacla
Ma non c'è bisogno di nessuna fonte per capire che quelle percentuali non stanno in piedi.
Se esistono si riferiscono sicuramente a qualcosa d'altro e non al rendimento totale dell'impianto.

Altrimenti davvero avremmo risolto tutti i nostri problemi da qui all'eternità.


Concordo!
Senza entrare nel dettaglio fornisco alcuni dati interessanti
(direttamente dal corso di energie rinnovabili tenuto al Politecnico di Milano)

Per le celle al Silicio:
- il 30,2% dell'energia si perde per l'incapacità si sottratte al fotone più di 1,12 eV;
- il 20,2% dell'energia si perde poichè i fotoni non hanno sufficiente energia per originare l'effetto fotovoltaico;

Perciò il rendimento teorico (teorico di solito è lontano dalla realtà...) è del 49,6%.

A queste perdite si aggiungono:
- perdite ohmiche;
- perdite per ricombinazione
- ecc..

Le celle monocristalline arrivano quindi a efficienze massime del 18% (o poco più al massimo).
Le celle a film sottile hanno rendimenti inferiori generalemente.

Ovviamente le celle citate non sfruttano la radiazione IR, ma cmq non credo sia semplice avere un rendimento maggiore (di molto).
Baboo8525 Luglio 2012, 10:29 #16
Originariamente inviato da: demon77
E' chiaramente una ottima cosa ma purtroppo siamo lontani da qualcosa di utile.. finestre fotovoltaiche con una efficienza del 4% in condizioni ottimali (sole sparato diretto alla giusta angolazione) sono pressochè inutili..

Spero piuttosto che si arrivi presto a produrre pannelli NON trasparenti ma con elevato rendimento e possibilmente basso costo!


E' ancora una tecnologia acerba. Ma le applicazioni sono infinite.

Finestre delle case, vetri delle auto, schermi di portatili/tablet/smartphone...

Addirittura gli occhiali da sole, che se gia' sono un po' opachi rende piu' facile la realizzazione (IMHO)...

Bisogna dare tempo al tempo
nostradamus191525 Luglio 2012, 11:23 #17
Sono triste perché non ne permetteranno la commercializzazione se non in un futuro molto lontano, per ovvi motivi.
Chelidon25 Luglio 2012, 13:23 #18
Originariamente inviato da: frankie
Questi ipotetici pannelli hanno uno spettro di assorbimento vicino all'IR, o comunque in quella direzione. Gli altri pannelli?
Perchè SE gli spettri non sono sovrapponibili, ALLORA è possibile fare un pannello multistrato.

Lo spettro solare è questo e se ne possono sfruttare varie regioni a seconda della tipologia del semiconduttore.
Link ad immagine (click per visualizzarla)
In realtà già oggi si studiano celle che sfruttano contemporaneamente diverse parti dello spettro (integrate già come unica struttura) per migliorare il rendimento: sono le cosiddette celle a multigiunzione, solo che non è detto sia un bene avere un rendimento altissimo se poi il modulo viene a costare un'enormità a parità di Watt prodotti, rispetto ad altre tecnologie perché lo devi anche ammortizzare sulla sua vita e magari venderlo ai comuni mortali, occhio!

Originariamente inviato da: demon77
E' chiaramente una ottima cosa ma purtroppo siamo lontani da qualcosa di utile.. finestre fotovoltaiche con una efficienza del 4% in condizioni ottimali (sole sparato diretto alla giusta angolazione) sono pressochè inutili..

Spero piuttosto che si arrivi presto a produrre pannelli NON trasparenti ma con elevato rendimento e possibilmente basso costo!
Ragazzi non pensate con schemi troppo fissi solo ai tetti. Se efficienze simili delle celle organiche possono far ridere, considerate anche che hanno bassisimi costi e ad esempio potrebbero avere senso per tutta una serie di dispositivi a basso consumo auto alimentati (dal medicale fino al vestiario volendo). Ad esempio anche un progetto come questo immaginatelo in uno schermo di un dispositivo a basso consumo o nel vetro di un'auto: il costo finale sarebbe basso perché tutto integrato e lo schermo sarebbe leggibile anche se in realtà produce un po' di energia per esempio. Quello che conta economicamente più dell'efficienza è il costo per unità di potenza della cella cioè $/W.

Originariamente inviato da: devilred
sapevo che un universita' americana aveva fatto belle scoperte in quest'ambito. costo dimezzato del 50% e rendimento del 90%.
Detto così non vuol dire nulla qualcuno ha già accennato al limite teorico per giunzione singola, in ogni caso si può aumentare il rendimento con sistemi a concetrazione o multigiunzione, ma bisogna vedere bene i costi assoluti della cella per Watt prodotto.

Originariamente inviato da: calabar
Questi pannelli, con un rendimento così basso, diventerebbero interessanti solo se il costo fosse davvero basso, in modo da poterli integrare in ampie vetrate. Certo, la presenza dei nanocavi d'argento potrebbe far pensare ad un costo non così irrisorio, ma tutto dipende dalle quantità.
Stai scherzando.. non so se hai fatto caso al nano nella parola: di argento alla fine nella cella ce n'è pochissimo, anche perché i contatti devono essere trasparenti e Ag è pur sempre un metallo e non farebbe passare la luce se ce ne fosse tanto! Tranquillo che se hanno pensato a quella soluzione è stato per abbassare il costo, perché di solito nei contatti trasparenti si usa In che però sta diventando molto costoso. Inoltre questo genere di celle organiche viene molto studiato proprio perché promettono costi bassi e quindi fanno passare un po' in secondo piano il fatto che partono con efficienze più basse (la cosa va vista in prospettiva, vedi grafico della ricerca) dei soliti semiconduttori inorganici.
Link ad immagine (click per visualizzarla)

Originariamente inviato da: TheQ.
Inoltre il grosso problema è far entrare nella testa dura di certi architetti che oggi si costruiscono moduli fotovoltaici con un altro materale per i conduttori P-n, e non si usa più l'arseniuro. Per cui fra 20 anni non è niente vero che sarà costotissimo smaltire i moduli fotovoltaici (arsenico sostanza tossica che non dovrebbe essere rilasciata nell'ambiente), come invece blaterano spesso ai committenti.
Come semiconduttore per tecnologia a singola giunzione p-n, il GaAs è il non-plus-ultra ha l'unico difetto di essere carissimo e non penso che si sia mai rischiato di vederlo seriamente sui tetti (è più roba da pannelli sui satelliti che devono resistere a radiazioni e avere alta efficenza senza badare a costi). Invece quello che dici potrebbe interessare la tecnologia a film sottile che a breve in questi anni sta diventando molto competitiva commercialmente, perché spesso fa uso di semiconduttori che contengono Cadmio. Non si rischia di rilasciarlo perché la cella è protetta e comunque non è volatile neanche a temperature relativamente alte, però va smaltito, ma a regime dovrebbero essere le stesse aziende produttrici a occuparsene a fine vita, perché sarebbe sostenibile economicamente riutilizzare il materiale ed abbasserebbe la domanda di altri elementi rari utilizzati.
TheQ.25 Luglio 2012, 14:51 #19
@lucusta
le radiazioni IR sono fortemente influenzate dall'umidità dell'aria. Certo con una fonte immensa come il sole arrivano comunque radiazioni IR anche con le nuvole, ma in diversa quantità. Basta anche solo fare riferimento alla taratura di una telecamera ad infrarossi.

Indipendenza della potenza dall'inclinazione?! se non vedo non credo
^_^''


@baboo85
>vetri delle auto
già meglio, una ricarica durante la corsa delle auto elettriche permetterebbe di ridurre le ore di ricarica degli attuali veicoli elettrici.

@Chelidon
Si la Ga-As non è effettivamente il massimo. Il massimo per ora è stato raggiunto con un triplostrato di cui ho dimenticato gli elementi. Dovrei riprendere in mano l'articolo scientifico.
Diciamo che ho citato la Ga-As per l'alta efficienza e la presenza dell'Arsenico, i cui composti sono tutti tossici. I problemi si possono avere anche con un incendio che fonderebbe i moduli e libererebbe o l'arsenico od il cadmio.
Ma una cosa è considerare lo smaltimento di questi moduli o dei moduli CIS, CIGS, CdTe o CDS, un'altra considerare i classici moduli in silicio e alluminio o fosforo (quadrivalenti boro alluminio, pentavalenti fosforo o arsenico).
Chelidon25 Luglio 2012, 19:01 #20
A dire il vero concordavo che il GaAs fosse il top per giunzione singola... Poi ovvio che una multigiunzione possa fare meglio, ma è un po' barare..
Sul rischio ambientale per As ci credo visto la sua volatilità anche se l'incapsulamento dovrebbe limitare un po', invece per Cd se non erro dovrebbero esserci studi appunto per simulazioni di condizioni d'incendio, che affermano che non dovrebbe esserci rischio e si formi facilmente l'ossido che dovrebbe essere anche più stabile. Anche se devo ammettere la mia ignoranza sulle normative richieste.

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