Discussione: fotovoltaico e luce artificiale

Ciao, sperando di non scrivere un'idiozia, dal momento che sono completamente a digiuno in materia, volevo sapere se una cella può dare corrente anche con luce artificiale. Ho una calcolatrice che funziona anche all'interno, con una comune lampadina. Si potrebbe, in parte, recuperare energia dalle luci che tutti abbiamo in casa? Ovvero, quanta luce ci vuole per attivare un piccolo pannello di 20 watt? Con una lampada normale da 100 watt a contatto quasi diretto con il pannello, quanto ricaverei? E se la lampadina è a risparmio energetico? (quelle di 20 watt che danno luce come una da 100) e con temperatura colore simile alla luce solare? Ho letto di pannelli con il 40% di rendimento (rispetto a cosa?). Cosa influenza le celle? Il calore, la luminosità, la temperatura colore? Non è fattibile?

Originariamente inviata da serongeri

Ciao, sperando di non scrivere un'idiozia, dal momento che sono completamente a digiuno in materia, volevo sapere se una cella può dare corrente anche con luce artificiale. Ho una calcolatrice che funziona anche all'interno, con una comune lampadina. Si potrebbe, in parte, recuperare energia dalle luci che tutti abbiamo in casa? Ovvero, quanta luce ci vuole per attivare un piccolo pannello di 20 watt? Con una lampada normale da 100 watt a contatto quasi diretto con il pannello, quanto ricaverei? E se la lampadina è a risparmio energetico? (quelle di 20 watt che danno luce come una da 100) e con temperatura colore simile alla luce solare? Ho letto di pannelli con il 40% di rendimento (rispetto a cosa?). Cosa influenza le celle? Il calore, la luminosità, la temperatura colore? Non è fattibile?

diciamo che una cosa del genere ha poco senso, a parte applicazioni particolari come una calcolatrice (che poi in realtà non so quanto funzioni con la luce delle lampadine); dovresti circondare la lampadina di pannelli, e quindi perdere la sua funzione, e ne ricaveresti pochissimo.

ciao

Circondarla come fanno tanti lampadari che emettono luce a "cono", non sul soffitto. Ma quel pochissimo che dici, lo immaggini o ci sono formule, calcoli da fare? La mia domanda è campata in aria quanto la tua risposta. Vorrei dei calcoli, qualcosa di preciso... Non so come farli...

Originariamente inviata da serongeri

Circondarla come fanno tanti lampadari che emettono luce a "cono", non sul soffitto. Ma quel pochissimo che dici, lo immaggini o ci sono formule, calcoli da fare? La mia domanda è campata in aria quanto la tua risposta. Vorrei dei calcoli, qualcosa di preciso... Non so come farli...

allora
il rendimento è il rapporto fra l'energia che produce e quella totale che il pannello riceve per irraggiamento, pensa di circondare una lampadina da 20 watt con una sfera di 10 mq di superficie, su ogni mq cadranno 2 watt.
la potenza di picco dei pannelli, è data dalla potenza che questi producono quando sono irraggiati con una potenza di 1000 watt/mq, cioè 500 volte di più, a questo punto puoi trarre le tue conclusioni.

ciao

Originariamente inviata da primus71

allora
il rendimento è il rapporto fra l'energia che produce e quella totale che il pannello riceve per irraggiamento, pensa di circondare una lampadina da 20 watt con una sfera di 10 mq di superficie, su ogni mq cadranno 2 watt.
la potenza di picco dei pannelli, è data dalla potenza che questi producono quando sono irraggiati con una potenza di 1000 watt/mq, cioè 500 volte di più, a questo punto puoi trarre le tue conclusioni.

ciao

ma i 1000 w/mq che vogliono dire? watt in che senso? Una lampadina ad incandescenza assorbe 100 watt, una a risparmio energetico ne assorbe 20 ma fa la stessa luce... che intendi per watt??? Un pannello fotovoltaico si attiva con la luce, poi se questa luce la si genera con 100 o 20 watt lui che ne sa? E' questo che non capisco... è la luce che li attiva o no? Cosa c'entrano i watt? Mi sa che hai le idee confuse più di me. Credo sia un problema di luce non di watt... posso usare una stufa elettrica che assorbe 2000 watt ma non fa luce (provato, la calcolatrice non si accende), se uso una lampadina misera, senza nemmeno metterla sotto la cal funziona... I watt non c'entrano, è un problema di luminosità... C'è qualcuno che ne sa più di me e di primus71 in merito?

1000 w per metro quadro? ma che watt? è la luminosità che attiva le celle... se sbaglio confutatemi tranquillamente ma non con cose campate in aria! Volevo chiedere, una lampadina da 100 watt e una a risparmio energetico che consuma 5 volte di meno a parità di luce, quanto può dare ad un pannello fotovoltaico. tutto qui! Certo che la luce di una lampadina ad incandescenza è uguale ad una a risparmio energetico solo che quella a risparmio energetico consuma 5 volte di meno. Volevo sapere quanto si potrebbe guadagnare da una lampadina a risparmio energetico abbinata ad un fotovoltaico.

si può guadagnare qualcosina di microscopico solo se metti 1 pannello solare in alto dove quasi non serve la luce o nella parte alta delle pareti, devi moltiplicare i rendimenti della lampada x i rendimenti del pannello fotovoltaico x la %della energia captata dal pannello x per i vari coefficienti di riflessione e trasparenza e trasmissione e rifrazione ecc... non so quanto possa uscirti penso molto poco

Originariamente inviata da serongeri

1000 w per metro quadro? ma che watt? è la luminosità che attiva le celle... se sbaglio confutatemi tranquillamente ma non con cose campate in aria! Volevo chiedere, una lampadina da 100 watt e una a risparmio energetico che consuma 5 volte di meno a parità di luce, quanto può dare ad un pannello fotovoltaico. tutto qui! Certo che la luce di una lampadina ad incandescenza è uguale ad una a risparmio energetico solo che quella a risparmio energetico consuma 5 volte di meno. Volevo sapere quanto si potrebbe guadagnare da una lampadina a risparmio energetico abbinata ad un fotovoltaico.

allora, partiamo dalle basi:
i pannelli fotovoltaici (quelli commerciali che tutti conosciamo) sfruttano la parte visibile dello spettro solare, che è circa il 55-60% dell'intera irradiazione che arriva sulla terra.
su di 1 mq di superficie, perpendicolare ai raggi solari ovviamente, arrivano 1000 watt in condizioni standard, cioè col sole a picco per intenderci. Da questi 1000 un pannello ne può ricavare intorno ai 150 (come ordine di idee), il problema è che una lampadina che ha lo stesso spettro della luce solare, e che secondo te fa la stessa luce, in realtà irraggia lo stesso mq con molta meno potenza, perchè, cosa che a quanto sembra non ti è chiara, alla luminosità è associata una potenza oltre che una frequenza, e quindi lo stesso pannello produrrà molta meno potenza elettrica perchè gli arriva molta meno potenza luminosa, ANCHE SE LO SPETTRO è CENTRATO SULLA STESSA FREQUENZA.
Il motivo per cui la calcolatrice non si accende se esposta alla stufa, è che la stufa emette al 99% nell'infrarosso, e quindi non eccita il pannellino che è fatto per funzionare nel visibile.
Spero di essere stato un pò più chiaro.

ciao

Scusami Primus71, non capisco la potenza in watt da cosa deriva. Dal calore, da cosa? Che vuol dire che in un metro quandro il sole manda 1000 watt? Le celle sono attivate dalla luce o dal calore o da entrambe le cose? Per tagliare la testa al toro, mi procuro un pannellino, tipo quelli che si usano per mantenere in carica la batteria della macchina e, munito di tester proverò la differenza tra la luce solare e quella artificiale. Sono curioso, male che vada uso il pannellino per tener carica la batteria dell'auto...

Originariamente inviata da serongeri

Scusami Primus71, non capisco la potenza in watt da cosa deriva. Dal calore, da cosa? Che vuol dire che in un metro quandro il sole manda 1000 watt? Le celle sono attivate dalla luce o dal calore o da entrambe le cose? Per tagliare la testa al toro, mi procuro un pannellino, tipo quelli che si usano per mantenere in carica la batteria della macchina e, munito di tester proverò la differenza tra la luce solare e quella artificiale. Sono curioso, male che vada uso il pannellino per tener carica la batteria dell'auto...

scusami
ma secondo te alla luce, come a qualsiasi tipo di radiazione, non è associata una potenza?
se per te non è così allora ho capito dov'è l'inghippo

ciao

P.S. per luce si intende il range di frequenze chiamato "visibile"

si, ma per quanto concerne la luce artificiale, l'unica potenza associata è quella consumata... Se un pannello di 1 metro qadro rende 150 su 1000 (il 15% ma ho visto di pannelli che rendono il 40%), su 100 dovrebbere rendere 15. Scusa, un lampadina che assorbe 100, quanta potenza irradia? Sapendo questo è facile fare due calcoli... e una a risparmio energetico ne assorbe 20 e quanta ne irradia? Di certo al tatto è meno calda rispetto a quella ad incandescenza.

Originariamente inviata da serongeri

si, ma per quanto concerne la luce artificiale, l'unica potenza associata è quella consumata... Se un pannello di 1 metro qadro rende 150 su 1000 (il 15% ma ho visto di pannelli che rendono il 40%), su 100 dovrebbere rendere 15. Scusa, un lampadina che assorbe 100, quanta potenza irradia? Sapendo questo è facile fare due calcoli... e una a risparmio energetico ne assorbe 20 e quanta ne irradia? Di certo al tatto è meno calda rispetto a quella ad incandescenza.

allora:
una lampadina a incandescenza che assorbe 100 watt, irradia 100 watt, solo che ne irradia 95 nell'infrarosso, che non sono sfruttabili dal pannello.
la lampadina da 20 ne irradia solo 15 nell'infrarosso (che sarebbero le perdite termiche) e quindi manda la stessa potenza luminosa di quella ad incandescenza.
come vedi c'è molto poco da sfruttare
i pannelli che rendono il 40 % per ora non sono in commercio, oppure ce ne sono altri che vengono utilizzati nello spazio, ma credo che costino un tantino di più

ciao

quindi, al massimo ricaverei 5 watt, sia da quella ad incandescenza che da quella a risparmio energetico... però 5 watt su 20 non sarebbe male...
Sbagliato tutto... mi hai detto che avrei un irradiamento di 5 watt e se il pannello rende il 15%... al massimo ci ricaverei meno di un watt? Peccato!!!

Spero che questo grafico ti faccia capire come lo spettro di radiazioni emesso dal sole non è soltanto quello che noi vediamo. Le celle solari sono costruite per essere sensibili ad uno spettro maggiore di quello che noi possiamo vedere.
Purtroppo non tutta l'energia disponibile ( 1367 Wm^-2 ) può essere catturata dalle celle perchè l'atmosfera attenua la luce che arriva dal sole quindi possiamo al massimo sfruttare 1000 Wm^-2. Nello spazio invece il valore di referimento è propio 1367 Wm^-2 ad 1 AU (astronomical Unit), anche se intervengono fenomeni di degradazione dovuti ai protoni ed elettroni ad alta energia che danneggiano la cella. ( Cerca su wiki il termine " MeV " ) Tipicamente lo spettro energetico va da 1 a 200 MeV.
L'efficenza è la percentuale dell'energia nominale che può essere estratta dalle celle: 12-13% se va bene sulla terra, 26-29,5% nello spazio (multijunction cells).






Questo invece è un tipico esempio di come lavora una cella. Il diagramma I-V ti mostra come si può far lavorare una cella solare (sostanzialmente un generatore di corrente). Dalla Isc (circuito chiuso) (massima corrente estraibile) alla Voc (tensione di circuito aperto). Si sceglie un punto di lavoro e la potenza estraibile è l'area del rettangolo. Nel grafico l'esempio del rettangolo tratteggiato. La seconda curva ti mostra il punto di massima potenza si trova vicino al ginocchio della curva. L'ideale sarebbe far lavorare la cella in quel punto. (MPPT).

Ora devo scappare, se hai qualche domanda falla pure.

si, ma per quanto concerne la luce artificiale, l'unica potenza associata è quella consumata...

No.
Come ti è stato detto "sul pannello arrivano 1000 W/m2".... con questo NON si intende che è la sorgente, ad essere da 1000W, ma la potenza incidente.
Naturalmente, resta valido quanto detto dagli amici sullo spettro di emissione, a cui aggiungerei una cosina interessante, visto che si parla di fotovoltaico:
Effetto fotoelettrico - Wikipedia
Il Portale dell'energia solare
http://www.fisica.aquila.infn.it/doc...che/Planck.pdf
Quindi, per smuovere un'elettrone dalla superficie di una cella al silicio, il fotone incidente deve avere ALMENO una certa energia, che per il silicio è di 1,11 eV.

"L’energia necessaria per far passare un elettrone dalla banda di valenza alla benda di conduzione è chiamata energia di gap εg .

Nel caso del Silicio (Si), questo valore è pari a 1,12 eV, nel caso del Solfuro di Cadmio (CdS) è 2,40 eV, del Germanio (Ge) 0,67 eV, del Fosfuro di Indio(InP) 1.25 eV, dell'Arseniuro di Gallio (GaAs) 1,35 eV, del Fosfuro di Gallio (GaP) 2,25 eV, Tellurio di Cadmio (CdTe) 1,45 eV.

Se l’energia di un fotone ε è minore dell'energia di gap εg l'elettrone rimane nella banda di valenza e l’energia del fotone viene dissipata in calore.

Quando invece l’energia del fotone è maggiore dell’energia di gap l’elettrone viene liberato e l’eccesso di energia (ε - εg) viene dissipato in calore.

Dal grafico seguente si vede che gli elettroni liberati avranno una energia cinetica direttamente proporzionale alla frequenza.

Per il silicio, che il materiale più usato nelle applicazioni fotovoltaiche l’energia di gap è pari a 1,12 eV = 1,12 x (1,6 x10 -19) J.

Sostituendo questo valore nell’equazione precedente che ripetiamo:



si ottiene la lunghezza d'onda massima alla quale la radiazione solare produce l'effetto fotoelettrico, ovvero:



Per cui una radiazione con lunghezza d’onda superiore a 1,11 in una cella al silicio non può essere sfruttata per produrre corrente.

Dal diagramma seguente si può vedere che circa il 25% dell’energia solare contenuta nello spettro è completamente inefficace
I fotoni che non hanno l’energia sufficiente ad attivare il processo fotoelettrico fanno aumentare la temperatura del materiale in quanto la loro energia viene dissipata in calore."

Originariamente inviata da livingreen

No.


Sostituendo questo valore nell’equazione precedente che ripetiamo:



si ottiene la lunghezza d'onda massima alla quale la radiazione solare produce l'effetto fotoelettrico, ovvero:



Per cui una radiazione con lunghezza d’onda superiore a 1,11 in una cella al silicio non può essere sfruttata per produrre corrente.

Dal diagramma seguente si può vedere che circa il 25% dell’energia solare contenuta nello spettro è completamente inefficace
I fotoni che non hanno l’energia sufficiente ad attivare il processo fotoelettrico fanno aumentare la temperatura del materiale in quanto la loro energia viene dissipata in calore."

ehhh!!
vecchi ricordi di fisica II, quanto tempo è passato

ciao

ma un m2 di pannelli fv irraggiato da un led 1w quanto produce???

Originariamente inviata da emancar

ma un m2 di pannelli fv irraggiato da un led 1w quanto produce???

Dipende dall'energia che raggiunge le celle e dal rendimento di queste.
Come e' stato detto sopra il rendimento delle celle FV e' indicato in relazione a specifiche condizioni, dette STC, spettro solare, fattore di assorbimento atmosferico 1.5 (air mass), temperatura delle celle 25 C.
Quindi andrebbe adattato allo spettro di un led, tra l'altro 1 W si riferisce all'intera potenza emessa o alla sola potenza nel visibile ?

Nel caso ottimale in cui tutta l'energia emessa dal led raggiunga il pannello e sia sfrutttabile come lo spettro solare, il rendimento sara' intorno a 0.15 W...

ciao

quanti lumen dovrebbe avere per watt affinchè la produzione superi il consumo???

secondo te è possibile una cosa del genere?

ciao

Ma quindi 6,7m2/w irraggiati dal led riuscirebbero a compensare l'energia consumata?

6, 7 cosa?
cmq è impossibile vai tranquillo

ciao

Originariamente inviata da emancar

Ma quindi 6,7m2/w irraggiati dal led riuscirebbero a compensare l'energia consumata?

Questo è impossibile, equivalente in meccanica al moto perpetuo.

Nella realtà i migliori LED (infrarossi) in commercio convertono circa metà dell'energia elettrica in energia luminosa, e i migliori pannelli fotovoltaici convertono nella zona più efficiente dello spettro circa il 20% dell'energia luminosa in elettrica quindi se riesci a recuperare il 10% puoi già ritenerti fortunato.

credo che emancar si confonda,
il calcolo di prima fatto su un metro quadro va bene, illuminare con un solo led 6,7 m2 vuol dire allo stesso tempo non concentrare su un solo metro quadro l' intera luce del led, ma distribuirla su 6,7, diminuendone cosi' la potenza luminosa e quindi non risolvendo nulla.

credo che il principio di questo dibattito sia questo:
se prendo una lampadina a risparmio che mi consuma 20 watt e ci illumino un pannello, ne riesco a creare almeno altri 20?
se cosi' fosse avremmo superato il problema dell' energia mondiale.

Originariamente inviata da stmix

credo che il principio di questo dibattito sia questo:
se prendo una lampadina a risparmio che mi consuma 20 watt e ci illumino un pannello, ne riesco a creare almeno altri 20?
se cosi' fosse avremmo superato il problema dell' energia mondiale.

E torno a dire, se una lampadina a risparmio consuma 20 watt di elettricità, l'energia luminosa che ne scaturisce, nel migliore dei casi (100 lumen/watt) saranno circa 5 watt (1 lumen = 1/683 watt nel verde, dove l'occhio è più sensibile, qui ipotizziamo 1/400 watt mediando sullo spettro della lampada).
Il rendimento dei migliori pannelli fotovoltaici a tripla giunzione (quelli che usano nello spazio per i satelliti artificiali) nell'arco di distribuzione spettrale delle lampade a basso consumo arriva, forse, essendo ottimisti, al 40%
Alla fine otterei, da 20 watt di partenza, il 40% di 5 W, ovvero 2 W.
NELLA MIGLIORE DELLE IPOTESI, e con materiali "spaziali", appena il 10%.