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In fisica dello stato solido l'effetto fotovoltaico è il fenomeno fisico che si realizza quando un elettrone presente nella banda di valenza di un materiale (generalmente semiconduttore) passa alla banda di conduzione a causa dell'assorbimento di un fotone sufficientemente energetico incidente sul materiale.

Inventori: Becquerel e Einstein

Alexandre Edmond Becquerel

L'effetto fotovoltaico, osservato per la prima volta da Alexandre Edmond Becquerel nel 1839, costituisce una delle prove indirette della natura corpuscolare delle onde elettromagnetiche.

Albert Einstein

La teoria fisica che spiega l'effetto fotoelettrico, del quale l'effetto fotovoltaico rappresenta una sottocategoria, fu pubblicata nel 1905 da Albert Einstein che per questo ricevette il Premio Nobel per la fisica nel 1921.

Funzionamento dell'effetto fotovoltaico:

Quando una radiazione elettromagnetica investe un materiale può, in certe condizioni, cedere energia agli elettroni più esterni degli atomi del materiale e, se questa è sufficiente, l'elettrone risulta libero di allontanarsi dall'atomo di origine.

L'assenza dell'elettrone viene chiamata in questo caso lacuna.

L'energia minima necessaria all'elettrone per allontanarsi dall'atomo (passare quindi dalla banda di valenza che corrisponde allo stato legato più esterno alla banda di conduzione ove non è più legato) deve essere superiore alla banda proibita del materiale.

RSA (RISPOSTA SPETTRALE ASSOLUTA):

Nella fisica dei sistemi fotovoltaici viene definita la risposta spettrale assoluta RS(λ), il rapporto tra la misura della corrente elettrica generata dalla cella fotovoltaica (misurata in A) e la potenza incidente (misurata in W).

Normalmente questa misura viene fornita in termini spettrali, cioè in funzione della lunghezza d'onda (λ) della luce incidente sulla cella fotovoltaica in maniera del tutto analoga al concetto di risposta in frequenza.

Albert Einstein

Premio Nobel  per la fisica nel 1921.

Nel 1921 ricevette il Premio Nobel per la fisica "per i contributi alla fisica teorica, in particolare per la scoperta della legge dell'effetto fotoelettrico", e la sua fama dilagò in tutto il mondo soprattutto per la teoria della relatività, in grado, per l'assoluta originalità, di colpire l'immaginario collettivo.

Fu un successo insolito per uno scienziato e durante gli ultimi anni di vita la fama non fece che aumentare, al punto che in molte culture popolari il suo nome divenne ben presto sinonimo di intelligenza e di grande genio.

Effetto fotovoltaico e giunzione PN

EFFETTO FOTOVOLTAICO

La conversione diretta dell’energia solare in energia elettrica utilizza il fenomeno fisico dell’interazione della radiazione luminosa con gli elettroni nei materiali semiconduttori, denominato effetto fotovoltaico.


L’oggetto fisico in cui tale fenomeno avviene è la cella solare, la quale altro non è che un diodo con la caratteristica essenziale di avere una superficie molto estesa.

Funzionamento della giunzione PN

Il funzionamento delle celle fotovoltaiche si basa sul funzionamento della giunzione PN.

La giunzione PN e' un semiconduttore formato da due zone:

- La zona chiamata N è formata principalmente da silicio (tetravalente) drogato con elementi pentavalenti cioè con un elettrone in più sull'ultima orbita rispetto al silicio.

E' per questo motivo che la zona è chiamata di tipo N , cioè ha elettroni (N) e quindi zone negative in piu', liberi per la conduzione.

-Mentre la zona P e' formata principalmente da silicio drogato con elementi trivalenti , cioe' con un elettrone in meno sull'ultima orbita), rispetto al silicio.

Questo elettrone in meno sull'ultima orbita genera una zona positiva detta P, chiamata lacuna in quanto le manca l'elettrone, ed e' quindi zona P o positiva.

Conduzione diretta della giunzione PN

Quando la zona P e la zona N si mettono in contatto si crea una giunzione PN.

Nelle giunzione si crea subito una differenza di potenziale che per il silicio vale circa 0,7 Volt. Questa barriera di potenziale impedisce agli elettroni della zona N di spostarsi per andare nella zona P e viceversa impedisce alle lacune di spostarsi per andare nella ziona N.

Solo se colleghiamo la zona N con il polo negativo della batteria e ia zona P con il polo positivo della batteria e diamo una tensione maggiore di 0,7 Volt la nostra giunzione PN condurrà con una corrente quasi esponenziale o infinita se consideriamo il caso ideale.

 

Centrale solare Eurelios di Adrano (CT)

La Centrale Solare Eurelios si trova a pochi chilometri da Adrano ed è stata realizzata nell'ambito di un progetto di ricerca dell'allora CEE, grazie al contributo di un consorzio italo-franco-tedesco.

La centrale dopo una fase di sperimentazione durata dal 1981 al 1987 non è più utilizzata (poteva generare una potenza di 1 MW): attualmente si sta invece sperimentando la produzione di energia elettrica a partire dall'energia solare tramite pannelli fotovoltaici (costituiti da celle di silicio), nell'ambito del progetto dell'Enel di fornitura di energia ai rifugi di montagna o edifici isolati.

Link utili sulla centrale Eurelios

Torcia solare da giardino

Una applicazione dell'effetto fotovoltaico è la torcia solare da giardino.

Spesso in campagna non si ha l'energia elettrica e quindi all'imbrunire o ci organizziamo con delle torce elettriche o candele o dobbiamo andare via perche' il buio ci fa paura.

Mi e' spesso capitato di dovere andare via dalla campagna in quanto priva di batterie o di candele che illuminassero la serata.

Mi e' venuta allora l'idea di comprare delle torce solari gia' pronte di caricarle con la luce solare durante il giorno della gita campagnola e vedere se era possibile continuare la soste per fare le ore piccole.

Risultato eccellente sopratutto se le torce elettriche sono piu' di una!!!

  • scatola della torcia solare
  • scatola della torcia solare
  • cella solare
  • torcia inserita
  • torcia inserita
  • torcia in carica
  • torcia in carica
  • interno della torcia
  • interno della torcia
  • batteria di accumulo
  • torcia in carica
  • cella solare
  • cella solare
  • torcia in carica
  • torcia in carica
  • torcia carica
  • torcia carica
  • torcia carica
  • torcia carica
  • torcia carica

Caratteristiche elettriche della torcia solare utilizzata

- Materiale: Plastica

- Lampada: 1 led di diametro 5mm- luce bianca

- Alimentazione: pannello solare 2V-0,10W

- Batteria: ricaricabile 1,2AA-Ni-Mh 600mAH

- Carica:  8 ore di sole caricano per 6/8 ore di illuminazione

- Altezza 340mm

- Larghezza: 115mm