Discussione: Da infrarossi a ultravioletti: il punto della situazione.

Dato che sento pareri diversi e anche nei vari link, c'è chi reputa il film sottile più adatto a produrre elettricità da infrarossi (o uno spettro a bassa frequenza), e chi invece lo ritene più adatto agli ultravioletti (ed uno spettro ad alta frequenza). Anche nei dati riportati tramite monitoraggio personale, si legge spesso il contrario di quello che dice la teoria. Se possibile, poiché non ne so alcunché in materia, mi piacerebbe almeno avere un'idea chiara, ossia delle certezze riguardo la produzione di elettricità in base allo spettro elettromagnetico, al tipo di irraggiamento, in pratica:

C'è uno spettro più adatto al film sottile, o al mono/poly oppure è una bufala ? Se si, quale tecnologia costruttiva è più adatta per il determinato spettro ?

Ciao.. a te le conclusioni...
(Planning and installing photovoltaic systems... The German Energy Society, 2008)

Don

Originariamente inviata da Robb

Dato che sento pareri diversi e anche nei vari link, c'è chi reputa il film sottile più adatto a produrre elettricità da infrarossi (o uno spettro a bassa frequenza), e chi invece lo ritene più adatto agli ultravioletti (ed uno spettro ad alta frequenza)...

Utilità pratica di questa disquisizione?

Grazie del grafico Mathesis

Originariamente inviata da sasuke40

Utilità pratica di questa disquisizione?

Un aiuto per scegliere la tecnologia più adatta alla propria zona

Originariamente inviata da Robb

Un aiuto per scegliere la tecnologia più adatta alla propria zona

Quindi?!?! riesci a stabilire se nella tua zona nell'arco dell'anno ci sono piu' infrarossi o ultravioletti ?

Semplificando .....

Lo spettro visibile è compreso, più o meno, tra i 300 nm e gli 800 nm.

In genere si preferisce usare per lo spettro la temperatura di colore, cioè la temperatura che un corpo elettromagnetico perfetto (corpo nero) dovrebbe avere per emettere la luce che ci interessa.

Esiste la legge di Wien che indica la relazione che esiste tra radiazione emessa da un corpo nero e da una massa generica, la temperatura e la lunghezza d'onda:

T * lambda= b

dove si indica con b il coefficiente 2,8978E-3 mK, con T la temperatura in kelvin e con lambda la lunghezza d'onda in metri.

La temperatura superficiale del sole è di 5778 K e quindi si ha un picco nella radiazione a b/T=519 nm

La luce solare ha, mediamente, le seguenti temperature di colore:
-luce solare a mezzogiorno 5400 K -> 536 nm
-luce cielo nuvoloso 7000 K -> 414 nm
-luce con cielo parzialmente nuvoloso 9000 K - > 322 nm
-luce cielo sereno da 10000K -> 290 nm

Ovviamente la luce a mezzogiorno non sarà caratterizzata solo da una lunghezza d'onda pari a 536 nm, ma a tale lunghezza si ha un picco e la luce avrà intensità che diminuirà allontanandosi da tale valore.

A voi le valutazioni.....

Ciao
Don

Originariamente inviata da mathesis

Semplificando .....
A voi le valutazioni.....

Ciao
Don

Ma-chi-se-ne-frega!

Non facciamo i "dottorini".... ha per caso un suv?

Originariamente inviata da spider61

Quindi?!?! riesci a stabilire se nella tua zona nell'arco dell'anno ci sono piu' infrarossi o ultravioletti ?

No, questo è un altro discorso, però, anche se per valutare la resa di un tipo di impianto, bisognerebbe sapere se la tecnologia fotovoltaica si basa sull'intensità o sulla frequenza della radiazione per produrre elettricità, viene lo stesso naturale fare questa domanda prima di conoscere dettagliatamente il funzionamento della tecnologia, a causa dell'interesse che suscita l'ultravioletto, in quanto, intanto c'è una differenza notevole di "energia potenziale" tra le frequenze molto più che fra le intensità delle radiazioni (in sintesi potenzialmente un ultravioletto può produrre molta più energia rispetto ad un infrarosso), e poi per il fatto che in estate qui abbonda; è sempre un punto di partenza anche per rendersi conto dell'ampiezza dello spettro assorbito dai pannelli, cosa che può essere utile. Poi quando saprò come funziona, potrò avere tutto più chiaro e magari sapere che questa domanda possa essere inutile, ma la probabilità che lo sia non è alta per il motivo detto, ecco perché mi interessa a prescindere.

Originariamente inviata da sasuke40

Ma-chi-se-ne-frega!

se non te ne frega nulla.. perchè leggi il post e rispondi... fregatene no ?

Don

Mathesis, non ho capito una cosa,

Originariamente inviata da mathesis

La luce solare ha, mediamente, le seguenti temperature di colore:
-luce solare a mezzogiorno 5400 K -> 536 nm

Ovviamente la luce a mezzogiorno non sarà caratterizzata solo da una lunghezza d'onda pari a 536 nm, ma a tale lunghezza si ha un picco e la luce avrà intensità che diminuirà allontanandosi da tale valore.

Aspetta un attimo, premesso che per "intensità" della luce si intende di solito l'altezza dell'onda, non la sua lunghezza, in ogni caso lo spettro che passa varia a seconda delle latitudini e della condizione dell'ozonosfera (e dell'atmosfera credo). In sintesi qui dove sto io, se dico che a mezzogiorno passano gli ultravioletti (luce con lunghezza d'onda inferiore ai 400nm), dico una cavolata ?

Poi, quì puoi pure non rispondere: la quantità di produzione elettrica, a parità di tempo di irraggiamento, è proporzionale all'intensità della radiazione o alla frequenza ?

spider61,

Originariamente inviata da sasuke40

Ma-chi-se-ne-frega!

Non facciamo i "dottorini".... ha per caso un suv?

Mathesis dice tutto.

Gli ultravioletti hanno lunghezza d'onda inferiore ai 400nm, mentre per gli infrarossi devi passare gli 800.

Considerando che in estate cioè il periodo di miglior irraggiamento, a mezzogiorno passano gli ultravioletti almeno dal sud del Lazio in giù, e che al variare dell'ora le lunghezze d'onda si allungano leggermente, deduci tu cosa conviene guardando il grafico.

In una cella a semiconduttore si ha una banda di valenza e una banda di conduzione separate da un determinato gap.

Per poter ottenere della corrente è necessario che gli elettroni ricevano dai fotoni una sufficiente energia per saltare il gap esistente tra le due bande.

L'energia richiesta è funzione del tipo di materiale utilizzato... ad esempio nel silicio è di circa 1,12 eV, nel CdTe di 1,45 eV, ecc

L'energia del fotone è E=hc/lambda, cioè è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda, e quindi nel caso del silicio tale energia deve essere pari ad almeno 1,15 eV e cioè il fotone dovrà avere una lunghezza d'onda di circa 1100 nm (in pratica infrarosso).

Se la lunghezza d'onda è inferiore, l'energia sarà superiore a quella necessaria e quindi verrà sprecata e non si otterrebbe l'effetto desiderato.

Se è inferiore, non sarà in grado di far fare il salto all'elettrone.

Nel CdTe, l'energia richiesta è più elevata e quindi è possibile far lavorare il sistema con lunghezze d'onda più piccole il che vuol dire che il sistema funziona bene con luce 'lontana' dall'infrarosso.

Per quanto riguarda la lunghezza d'onda della luce a mezzogiorno, i dati che ho mi dicono che è pari a circa 540 nm, ma non ho dei dati che mi indicano come varia tale valore al variare della zona geografica, non so quindi dirti se la tua affermazione è fondata o meno.... indagherò.

Non so se sono riuscito almeno in parte a rispondere alla tua richiesta; occorrerebbe approfondire l'argomento, ma la cosa si farebbe in un certo senso 'complicata'...

Ciao
Don

Dai che ti offro una cena al lido di Sabaudia !!!!

Originariamente inviata da mathesis

cioè è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda

Ti ringrazio, non c'è bisogno di andare nel dettaglio, per quanto riguarda il funzionamento del fotovoltaico è esattamente quello che volevo sapere (quindi gli UV fanno produrre di più come sospettavo),

però perché ho appena parlato con un installatore e mi ha detto che con l'amorfo non ci faccio niente perché "non lavora bene con la luce diretta" ?

Ma stando al grafico che hai postato, pare che l'amorfo lavori benissimo con la radiazione ad alta frequenza, mi puoi chiarire questo fatto ? Cioè se la radiazione è diretta, non produce ? Deve arrivare di sbiego ?

Cioè a parità del valore "relative intensity" al lato sinistro del grafico, il silicio cristallino produce, mentre e il tdC e l'amorfo no ? Perché non sono pochi quelli che non mi vorrebbero vendere il film sottile, per questo ti sto chiedendo.

Poi basta, non ho più altro da chiedere, sei stato gentile.

Originariamente inviata da mathesis

La luce solare ha, mediamente, le seguenti temperature di colore:
-luce solare a mezzogiorno 5400 K -> 536 nm
-luce cielo nuvoloso 7000 K -> 414 nm
-luce con cielo parzialmente nuvoloso 9000 K - > 322 nm
-luce cielo sereno da 10000K -> 290 nm

Ovviamente la luce a mezzogiorno non sarà caratterizzata solo da una lunghezza d'onda pari a 536 nm, ma a tale lunghezza si ha un picco e la luce avrà intensità che diminuirà allontanandosi da tale valore.

Se capisco bene, per "luce solare a mezzogiorno" intendi la luce del sole cioe' la luce diretta dell'astro, che ha il diagramma di irradiazione della figura, quello con le oscillazioni causate dall'assorbimento dell'atmosfera. Mentre negli altri casi intendi la luce del cielo, quindi luce diffusa, in effetti in questo caso non e' chiaro quale sia lo spettro completo, potrebbe essere sensibilmente diverso da quello di corpo nero.

ciao

Originariamente inviata da Robb

con l'amorfo non ci faccio niente perché "non lavora bene con la luce diretta"...

Agli elettroni, il fatto che la radiazione sia diretta o no, non interessa molto... basta che i fotoni arrivino e abbiano abbastanza energia

Non so come mai sia diffusa la notizia che un amorfo nonf unzioni bene con la luce diretta... se qualcuno lo sa o ha qualche spiegazione,.... sarebbe un'informazione utile.

Ovviamente è possibile ipotizzare che la luce non diretta (riflessa e diffusa) sia più spostata verso l'ultravioletto e quindi in grado di privilegiare l'amorfo...

Ogni tecnologia ha i suoi pro e contro, e l'amorfo di contro ne ha..

Per valutare la scelta più opportuna occorre considerare un sacco di cose, e ovviamente non basta il comportamento indicato nel grafico per far preferire una soluzione ad un altra.

Originariamente inviata da toninon

per "luce solare a mezzogiorno" intendi la luce del sole cioe' la luce diretta dell'astro, ... mentre negli altri casi intendi la luce del cielo, quindi luce diffusa, ...

Le lunghezze d'onda che ho sono tratte dalle temperature di colore, e non distinguono tra luce diffusa, diretta o riflessa, ma sono valori medi...

E' evidente che nel caso di luce riflessa ha una notevole importanza l'albedo, e quindi i valori potrebbero essere alquanto diversi.

Sarebbe interessante avere dei dati più precisi, ma sinceramente non li ho ancora trovati...

Ciao

P.S:..Robb.... guarda che non ti conviene pagare una cena... il mio appetito è pantagruelico...

Facendo una ricerca sulla radiazione si scopre che il 97% della stessa e' nel visibile e nell'infrarosso e il restante 3% nell'ultravioletto .

Si, ma l'ultravioletto è più di 400 volte più forte.

Mathesis, ok, poi apro un'altra discussione sui fattori a favore e sfavore magari.

Azz.. allora sono gia' morto bruciato e non me ne sono accorto .......

Non è bruciore, la radiazione ad alta frequenza passa da parte a parte un corpo facendogli saltare gli elettroni o cambiarli di stato, come quando fanno una radiografia (nel nostro caso abbiamo la melanina che usa gli ultravioletti per il pigmento, un po meno i biondi nordici).

Il calore è prodotto dall'intensità della radiazione.

Cmq basta fare hc/landa (h costante di Planc mi sembra e c velocità della luce, ma non ne sono sicuro).
Cioè la divisione si fa tra X/>800 e X/<400. La differenza di energia è questa, ossia oltre 400 volte più forte.

Dimentichi che abbiamo ancora un'atmosfera qui sulla terra e buona parte della radiazione , anche IR viene schermata.

Beh, ma a parte che fa sempre parte di quella percentuale, comunque il fattore principale di filtraggio è costituito dall'ozono nelle zone che stanno molto tempo senza vedere gocce d'acqua, infatti la maggior parte sono sono concentrati verso l'equatore se escludiamo i buchi dell'ozono, e cambiano radicalmente a seconda delle latitudini, perché vengono filtrati nel momento in cui passano di sbiego nell'onozosfera

Originariamente inviata da Robb

...La differenza di energia è questa, ossia oltre 400 volte più forte.

L'energia associata ad un fotone con lunghezza d'onda pari a 280nm (raggi UVB a frequenza più alta che toccano terra) è pari a:
E=(h*c)/lambda Dove: h=6,62E-34 (costante di plank), c=3E8 (velocità della luce nel vuoto), lambda è la lunghezza d'onda espressa in metri.
E[UVB]=(6,62E-34*3E8)/280E-9=7E-19J
E[IR]=(6,62E-34*3E8)/1200E-9=1,65E-19J
essendo 1200nm la lunghezza d'onda dei raggi IR che toccano terra. Come si evince dalle formule, i raggi UVB presentano un'energia che è circa 4,2 volte più alta dei raggi IR (e circa 2 volte superiore a quella della luce giallo-verde.)
In definitiva, se i raggi UV rappresentano solo il 3% dell'irradiazione totale, per "farla da padrone" dovrebbero possedere molta più energia rispetto alle altre componenti spettrali che costituiscono il restante 97% della radiazione che giunge sulla terra.
Pensare che le celle attuali in amorfo possano avere rendimenti superiori (ad es.) alle celle in Si-poli, sulla terra, è errato. Oltre a semplici calcoli lo dimostra la pratica. E' altrettanto sbagliato pensare che alle celle in amorfo faccia "più bene la radiazione diffusa che quella diretta". In realtà quest'assurdità deriva dal fatto che, in condizioni di cielo nuvoloso, i raggi UV filtrano più facilmente degli IR e quindi, riuscendo a convertire meglio queste lunghezze d'onda rispetto ad altre celle, in queste condizioni l'amorfo è favorito. C'è da dire però che in condizioni di cielo nuvoloso, il valore di irraggiamento è molto più basso che in condizioni di cielo sereno (o quasi), quindi non è che questa peculiarità sia poi tanto determinante.
Saluti

Un momento, qui c'è da fare chiarezza.

Originariamente inviata da atomax

In definitiva, se i raggi UV rappresentano solo il 3% dell'irradiazione totale,

Totale dove, in qualsiasi zona del pianeta ? No, perché se come già è stato detto, in una latitudine italiana lo spettro a mezzogiorno è di 536nm o inferiore, significa che in questa zona gli IR arrivano solo la sera prima del tramonto e la mattina presto. Il 3% di UV è un dato globale, ma varia troppo a seconda della zona in quanto viene filtrato drasticamente nel momento in cui passa trasversalmente per l'ozonosfera, per cui non è un dato da considerare. Se consideri la lunghezza donda di 536nm, vedi che è sempre in vantaggio l'amorfo; non devi beccare solo gli UV, si parla di spettro ad alta frequenza.
Per quanto riguarda invece la differenza di energia fra UV e IR, 1200 è la lunghezza massima degli IR, l'operazione lavevo fatto giusta in quanto X/>800, e X<400, il fatto è che, 800/400 = 2, quindi la differenza è >2, anziché 400. Avevo sbagliato il calcolo io, hai fatto bene a correggere questo, però non era quella la ragione per cui si possa preferire l'amorfo, non ho detto questo, era solo una considerazione diventata breve a causa del calcolo sbagliato. Il motivo sta nello spettro del grafico rapportato alle latitudini. Perché se a mezzogiorno la radiazione è sui 400nm di lunghezza d'onda, gli infrarossi non li vedo in quasi tutta la giornata.
Poi nel momento in cui gli UV vengono filtrati dalle nuvole, se passano non mantengono la stessa frequenza iniziale credo, quindi poi non sarebbero più UV in condizioni di tempo nuvoloso. Comunque a prescindere da questo, in un periodo in cui a mezzogiorno la radiazione è di 400nm, è meglio l'amorfo se il grafico è vero e non a caso nei dati che noto i film recuperano pare che recuperano sempre d'estate.

Originariamente inviata da Robb

Totale dove, in qualsiasi zona del pianeta ?

No, è un dato medio. Considera che ogni 1000m di quota si ha (mediamente) il 14% in più di UV. Se a 0ms.l.m. si ha (mediamente) il 3% di UV sullo spettro totale, a 1000m si ha il 3,42% e sull'Everest il 6,78%!!! Chiaramente in condizioni di cielo terso e a mezzogiorno.

Originariamente inviata da Robb

...se come già è stato detto, in una latitudine italiana lo spettro a mezzogiorno è di 536nm....

A quella lunghezza d'onda corrisponde un unico valore di centro banda. Se così fosse, a mezzogiorno in quella località le persone vedrebbero tutto di colore verde-giallastro.
Quando il cielo è coperto, passano maggiormante le frequenze alte dello spettro (ciò non significa che le basse frequenze vengono tagliate al 100%) e questo già provoca una visione del mondo reale che tende a colori leggermente più "bluastri".

Originariamente inviata da Robb

Se consideri la lunghezza donda di 536nm, vedi che è sempre in vantaggio l'amorfo.

Come mai allora l'amorfo ha rendimenti che sono circa la metà rispetto alle celle al silicio policristalino? In pratica infatti, un impianto con pannelli amorfi per produrre quanto un impianto al Si-poli deve avere una superfice circa il doppio.

Originariamente inviata da Robb

Poi nel momento in cui gli UV vengono filtrati dalle nuvole, se passano non mantengono la stessa frequenza iniziale credo, quindi poi non sarebbero più UV in condizioni di tempo nuvoloso.

Un'onda elettromagnetica (così come tutti i segnali in natura) quando attraversa un filtro (in questo case le nuvole) viene solo attenuata in ampiezza, e eventalmente sfasata. La frequenza (e quindi la lunghezza d'onda) resta esattamente la stessa.

Originariamente inviata da atomax

No, è un dato medio. Considera che

L'ho già detto che è un dato medio e cosa bisogna considerare: quello che più interessa è la latitudine, visto anche il dato postato di 536nm a mezzogiorno per quanto riguarda una zona d'Italia. Non ci ho pensato a come varia la frequenza dello spettro a seconda delle altitudini perché appare un fattore irrilevante. Pare comunque che l'irraggiamente UV varia del 4% per ogni 300 mt di latitudine.

A quella lunghezza d'onda corrisponde un unico valore di centro banda. Se così fosse, a mezzogiorno in quella località le persone vedrebbero tutto di colore verde-giallastro.

Se tu fai la media della lunghezza d'onda dello spettro visibile, esce 600 però non vediamo luce gialla, ma bianca. Questo non per dire che, se il dato riguarda la lunghezza d'onda media, il discorso non cambierebbe di una virgola in quanto la maggior parte delle frequenze sono piuttosto alte. Per cambiare tesi, dovrebbe essere un dato falso per quanto riguarda la latitudine italiana.

Originariamente inviata da atomax

Quando il cielo è coperto, passano maggiormante le frequenze alte dello spettro (ciò non significa che le basse frequenze vengono tagliate al 100%) e questo già provoca una visione del mondo reale che tende a colori leggermente più "bluastri".

Così confermi che, poiché non esce direttamente la luce viola, o tendente a blu, lo spettro uscente avrebbe una lunghezza media d'onda.

Come mai allora l'amorfo ha rendimenti che sono circa la metà rispetto alle celle al silicio policristalino? In pratica infatti, un impianto con pannelli amorfi per produrre quanto un impianto al Si-poli deve avere una superfice circa il doppio.

Tenendo presente che il confronto è fatto in base ad un irraggiamento senza ombre e totale, da UV a IR, per due motivi deduco:
- Se guardi il grafico, la superfice delineata dalla riga blu è il doppio più grande di quella delineata dalla riga rossa, ma questo non ha a che fare con la facilità di raggiungimento del picco di Kwp, che è quello che interessa a noi.
- Il Kwp non è oltrepassabile dal modulo, almeno da quello che so, ciò significa che i Kwh non cambiano al variare della densità di irraggiamento. Cioè in una zona dove c'è meno filtraggio, non cambia solo la percentuale di presenza di un certo spettro E.M., cambia anche la quantità di onde e.m., c'è più irraggiamento totale, però i kwh prodotti dal modulo rimangono quelli dichiarati, per caratteristiche dei materiali. Questo significa che in una zona dove c'è luce totale, anche con alta percentuale di alte frequenze, non mancano gli IR o le radiazioni adatte al modulo cristallino, attenzione. L'adattabilità di una tecnologia non esclude l'inadattabilità di un'altra perché in un punto di irraggiamento totale, tutti quei moduli producono i kwp dichiarati. Così come con alte percentuali di frequenze basse, non significa che che non ci siano abbastanza alte frequenze per il modulo che le assorbe.