Ingegneria elettronica per l'industria e l'innovazione
Cod 198297
- Laurea magistrale
- 2 anni
- 120 CFU
- LM-29
ING-INF/01
Dispositivi e Sistemi Fotovoltaici
Codice: 20802052
Scheda insegnamento
- Anno Accademico di erogazione
- 2026/2027
- Corso di studi
- Ingegneria elettronica per l'industria e l'innovazione
- Periodo di erogazione
- Primo semestre
- CFU
- 6 CFU
- Lingua
- Italiano
- SSD
- ING-INF/01
Scopri il programma didattico
Programma, testi adottati e modalità d’esame sono quelli pubblicati dai docenti per l’anno accademico 2026/2027.
- Docente
- Lorenzo Colace
- Curriculum
- Curriculum unico
- Anno di corso
- 2
- Periodo
- Primo semestre
- Ore
- 48
- CUIN
- 260002835
Programma
Introduzione: Cenni storici. Costi e previsioni di mercato. Obiettivi delle ricerche attuali. Sviluppo e sfide del silicio cristallino e delle tecnologie a film sottile. Sistemi a concentrazione. Tecnologie emergenti e future.
Fisica della cella solare: Radiazione solare. Richiami di teoria dei semiconduttori. Assorbimento ottico. Generazione, ricombinazione e trasporto. Caratteristiche I–V e parametri caratteristici. Celle solari a elevata efficienza. Effetti di ricombinazione superficiale. Band gap ed efficienza. Risposta spettrale. Effetti di resistenza parassita. Effetti della temperatura. Celle solari a concentrazione. Limitazioni di efficienza. Criteri di ottimizzazione.
Celle e moduli in silicio cristallino: Il silicio monocristallino. Celle solari in Si monocristalino. Celle multicristalline. Moduli in silicio monocristallino. Proprietà elettriche e ottiche dei moduli. Proprietà dei moduli sul campo.
Celle solari a film sottile in Si: Panoramica delle celle a film sottile. Criteri di progetto. Tendenze future.
Celle solari multigiunzione III-V: Fisica delle celle multigiunzione. Configurazione delle celle. Calcolo delle prestazioni. Considerazioni sui materiali. Celle multigiunzione di ultima generazione.
Celle solari a concentrazione: Tipi di concentratori. Ottica dei concentratori. Analisi e progetto.
Celle solari in silicio amorfo: Struttura elettronica del silicio amorfo idrogenato. Deposizione di silicio amorfo. Celle solari in a-Si. Celle multigiunzione. Celle in a-Si su supporto flessibile.
Celle solari in Cu(InGa)Se2: Proprietà del materiale. Metodi di deposizione. Realizzazione dei dispositivi. Principio di funzionamento. Caratteristiche ottiche ed elettriche.
Caratterizzazione di celle e moduli: Figure di merito. Misura delle caratteristiche I-V. Responsività spettrale. Qualificazione e certificazione dei moduli.
Sistemi fotovoltaici: Introduzione ai sistemi fotovoltaici. Componenti. Sviluppi della tecnologia dei sistemi. Immagazzinamento. Power Conditioning. Energia assorbita e fornita da sistemi fotovoltaici. Considerazioni economiche e ambientali.
Simulazioni con PC1D.
Esercitazioni in laboratorio: caratteristiche I-V, estrazione dei parametri.
Prerequisiti
nessuna propedeucità, è tuttavia consigliabile possedere conoscenze di elettronica dei semiconduttori
Testi adottati
M.A. Green "Solar Cells: Operating Principles, Technology, and System Applications" (Prentice-Hall)
J. Nelson "Physics of Solar Cells" Imperial College Press 1st (first) Edition
+ contenuti aggiuntivi su piattaforma e-learning Moodle
Modalità di erogazione
42 ore di lezioni frontali in aula + 2 esercitazioni in laboratorio
Modalità di frequenza
Frequenza facoltativa ma altamente raccomandata.
Modalità di valutazione
esame orale
Prove previste
- Prova orale
Esplora gli obiettivi dell’insegnamento
Ambito disciplinare: Ingegneria elettronica
Il corso fornisce una conoscenza di base dei principi fisici di funzionamento e delle tecnologie dei dispositivi fotovoltaici partendo dalle celle solari di prima generazione in silicio (cristallino, policristallino e amorfo) e proseguendo con i dispositivi di seconda (tecnologie a film sottile) e terza generazione (celle multigiunzione). Il corso tratta dispositivi, moduli e sistemi fotovoltaici e comprende un'introduzione all'accumulo e alla distribuzione dell'energia solare. Obiettivo del corso è far acquisire le conoscenze specifiche per il progetto, l'analisi e la caratterizzazione di dispositivi e sistemi fotovoltaici. Sono previste esercitazioni in laboratorio su celle commerciali e sperimentali e simulazioni con SPICE.
Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso lo studente sarà in grado di comprendere i principi fisici di funzionamento dei dispositivi fotovoltaici e le principali tecnologie impiegate per la conversione dell’energia solare in energia elettrica. Lo studente acquisirà conoscenze relative alle celle solari di prima, seconda e terza generazione, con particolare riferimento alle tecnologie basate su silicio cristallino, ai dispositivi a film sottile e alle celle multigiunzione ad alta efficienza.
Lo studente sarà in grado di analizzare il comportamento elettrico e ottico delle celle e dei moduli fotovoltaici, interpretandone le caratteristiche corrente-tensione, la risposta spettrale e gli effetti legati a temperatura, ricombinazione e resistenze parassite. Saprà inoltre valutare le limitazioni fisiche all’efficienza e applicare criteri di ottimizzazione per il progetto di dispositivi fotovoltaici.
Al termine dell’insegnamento lo studente sarà in grado di descrivere struttura, funzionamento e proprietà delle principali tecnologie fotovoltaiche, inclusi dispositivi in silicio monocristallino, multicristallino, amorfo, policristallino e celle a concentrazione.
Il corso fornirà inoltre competenze operative nella caratterizzazione sperimentale di celle e moduli fotovoltaici, mediante misure delle caratteristiche I–V ed estrazione dei parametri principali, nonché nell’utilizzo di strumenti di simulazione numerica, quali PC1D e SPICE, per l’analisi e il progetto di dispositivi e sistemi fotovoltaici.
Obiettivi di sostenibilità
- 7 Energia pulita e accessibile
- 11 Città e comunità sostenibili
- 8 Lavoro dignitoso e crescita economica
Informazioni utili
Per questo insegnamento non sono pubblicate informazioni aggiuntive. Materiale didattico e documenti si trovano sulla piattaforma del corso.