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Titolo: termodinamica dei pannelli fotovoltaici

avrei una domanda...  dal punto di vista termodinamico un pannello
fotovoltaioco come è considerato?
nel senso..  le classiche 2 sorgenti a temperature diverse quali sono?
uno suppongo che sia l'ambiente..,  e l'altra?  il sole mi sembra
esagerato..
la temperatura di colore della luce?

 nel senso..  le classiche 2 sorgenti a temperature diverse quali sono?
Non è obbligatorio che una macchina termica lavori tra due *sorgenti*
di temperatura:
pensa a un motore a scoppio.
Comunque sei fuori strada, qui non ha molto senso parlare di ciclo
termodinamico.

 termodinamico.
non sono convinto che non abbia senso..
assorbo calore per irraggiamento e produco lavoro elettrico.

 la temperatura di colore della luce?
Perche' esagerato ?
L'energia viene da lě, no ?
Una cella fotovoltaica converte in corrente elettrica (e quindi lavoro)
una parte dell'energia solare assorbita (che comunque e' una frazione di
quella da cui e' investita); ma una parte viene trasformata in calore,
che poi viene ceduto all'ambiente esterno (se questo e' piu' freddo
della cella).
Non mi sembra poi cosě lontana da una macchina termica ...

 Non mi sembra poi così lontana da una macchina termica ...
e' quello che sembra anche  a me..

 assorbo calore per irraggiamento e produco lavoro elettrico.
infatti non c'entra niente il calore, c'entrano le componenti ionizzanti 
dello spettro solare, quelli che nel silicio creano una coppia 
elettrone-lacuna con le conseguenze elettriche ben note (ddp)
non per niente la via per aumentare l'efficienza delle celle 
fotovoltaiche sta nel trovare nuovi materiali che siano sensibili anche 
a radiazioni meno energetiche.
ciao
luh
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 e' quello che sembra anche  a me..
No.
Per MT deve esserci un ciclo termodinamico in cui varia la
temperatura.
In questo caso la temperatura non svolge nessun ruolo, sono coinvolti
solo gli elettroni.

 solo gli elettroni.
oddio..  l'esame di fisica 1 l'ho fatto un  bel po' di tempo fa..  ma 
qualcosa credo di ricordarmi..
facciamo un esperimento mentale.
supponiamo di avere un cilindro chiuso alle estremità completamente 
riflettente  al suo interno in cui e' stato fatto il vuoto (e con le 
pareti in un materiale non in grado di condurre calore..  in pratica un 
thermos ideale).
mettiamo un pezzo di metallo, talmente caldo da emettere luce, al suo 
interno.
il cilindro non puo' scambiare calore con l'esterno (sistema isolato) e 
quindi posso immaginare che il pezzo di metallo rovente rimanga alla sua 
temperatura in eterno..
introduciamo all'interno del cilindro un pannello fotovoltaico...
quello che mi chiedo e' se questo pannello possa produrre lavoro..  i 
fili sono collegati ad un motore elettrico che accera un volano fino a 
velocità inaudite..
se lo facesse (conservazione dell'energia) la temperature del pezzo di 
metallo dovrebbe abbassarsi..
ora pero' mi troverei nei guai..
avrei un un oggetto che trasforma calore in lavoro a spese di  una 
sorgente calda...  ma non scalderebbe nessuna sorgente fredda..  kelvin 
non credo che sarebbe contento..
visto che a casa mia i principi della termodinamica si rispettano ;) 
devo concludere che il pannello non possoa funzionare se si trova in eq 
termico con la sorgente...
l'unico modo in cui potrei pensare di far funzionare il pannello sarebbe 
quello di metterlo al posto di una parete..
a questo punto la sorgente rovente perderebbe e calore per irraggiamento 
(e quindi piano piano si raffredderebbe), il pannello smaltirebbe calore 
verso l'esterno e la produzione di lavoro in infrangerebbe nessuna legge..
pero'  questa e' una macchina termica a tutti gli effetti.. anche se non 
c'è nessun gas, o stantuffo, o pistone..

 rendimenti molto alti?
Hai ragione: il rendimento teorico sarebbe molto alto ... ma quello e'
solo il massimo rendimento consentito dalla termodinamica: una macchina
reale non lo raggiunge mai...
Al rendimento effettivo della cella contribuiscono diversi fattori.
Un fattore e' l'efficienza quantica interna, ovvero il rapporto tra il
numero di coppie elettrone-lacuna generate ed il numero di fotoni
/assorbiti/ dalla cella.
Un altro fattore e' il rapporto tra la intensita' luminosa assorbita dal
materiale e quella incidente: infatti una parte di radiazione e' sempre
riflessa ed una trasmessa.
Poi esistono tutta una serie di dissipazioni di energia dovute a fattori
come riscaldamento della cella per effetto Joule (credo influenzi poco,
ma comunque esiste, a meno che la cella sia realizzata con materiali
superconduttori), resistenze di contatto, perdite dovute all'elettronica
utilizzata per gestire la corrente prodotta...
Alla fine il rendimento effettivo e' sempre piu' basso di quello che
teoricamente sarebbe possibile...
Non mi sono occupato di recente di fotovoltaico; ma credo che il vero
problema sia ottenere efficienze sufficientemente alte *a bassi costi*.
Per esempio con i semiconduttori a gap diretto (come GaAs) si ottengono
sicuramente efficienze molto maggiori che con il Si; ma il prezzo
lievita non poco...

sorgente calda... ..  ma non scalderebbe nessuna sorgente fredda.
Una qualsiasi espansione adiabatica, ovvero la fase di un ciclo, lo
può fare: per esempio la fase di espansione di una motore a scoppio.
Puoi anche fare cosi:
prendi un cilindro con stantuffo, con dentro acqua a 100C.
Butti dentro il pezzo caldo, c'è vapore che  si espande, ecco che hai
lavoro.
Non c'è niente che viene riscaldato, il pezzo si raffredda, il resto è
sempre a 100C.
Secondo te c'è un errore ed è impossibile?


pero' non puo' farlo all'infinito..
mentre invece nell'esperimento mentale il volano puo' raggiungere 
velocità inaudite...

 velocità inaudite...
E' identico: lo fai fino al raffreddamento dell'oggetto.
Comunque hai colto il punto: le leggi della t. mettono dei limiti ai
cicli , questa è una situazione diversa.


sicuramente sono un testone e non "voglio stare capito"..
ma sta cosa non mi torna..
non sarà un ciclo termodinamico (non ne sono poi cosi' convinto)  ma se:
prendo una sorgente T1 (la classica sorgente che mantiene costante la 
temperatura indipendentemente dal calore assorbito, nel nostro caso per 
irraggiamento) rovente dentro in nostro thermos  con il pannello 
fotovoltaico in eq termico con la sorgente.
faccio uscire dal termos  i 2 cavi che vanno a scaldare con una 
resistenza una sorgente T2 (T2>T1) allora sto scaldando T2 sottraendo 
calore da T1
la definizione di ciclo è soddisfatta perche lo stato finale e quello 
iniziale non cambiano e io sto facendo una cosa che il secondo principio 
mi vieta!
continuo a pensare che la temperatura del pannello debba essere minore 
della sorgente (e quindi non possa essere in eq. termico con essa)..  e 
per fare questo il pannello deve dissipare nell'ambiente esterno...

 per fare questo il pannello deve dissipare nell'ambiente esterno...
Mi pare un punto di vista ragionevole. A parte i problemi pratici delle 
celle che non funzionano ad alta temperatura, se i due corpi sono dello 
stesso "colore" e alla stessa temperatura non c'e` passaggio di energia.
-- 
Franco
Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)

 della sorgente
ed io continuo a dirti che e' concettualmente errato considerare il 
funzionamento di un pannello fotovoltaico dal punto di vista termico.
fermo restando che funziona in un range di temperature ristretto.


 mi vieta!
Mi potresto dare la tua definizione di ciclo termodinamico, e di cosa
vieta il secondo principio?


una macchina termica è un dispositivo che opera con 2 sorgenti di calore.
e' ciclica se dopo un certo periodo le variabili di stato tornano ai
valori iniziali..  nel nostro caso e' ciclica  in modo quasi degenere
(forse il termine e' sbagliato) perche le variabili di stato non
cambiano mai.
il secondo principio (per clausius) vieta che questo ciclo trasferisca
calore da una sorgente ad una piu' calda (ovviamente senza usare lavoro
dall'esterno).

 cambiano mai.
Ma la sorgente si raffredda...
Ahhh o per te la sorgente è il pannello stesso? ma naturalmente no,
sarebbe come considerare la temperatura del pistone ....quello è il
dispositivo.
il secondo principio (per clausius) vieta che questo ciclo trasferisca
calore da una sorgente ad una piu' calda (ovviamente senza usare
lavoro
dall'esterno).
faccio uscire dal termos  i 2 cavi che vanno a scaldare con una
resistenza una sorgente T2 (T2>T1) allora sto scaldando T2 sottraendo
calore da T1
T2 non è una sorgente!! infatti potrebbe anche non esserci e il
dispositivo funziona ugualmente.da.
Qui c'è una "sorgente" sola: infatti non c'è flusso di calore/
trasformazione TD .
Niente di strano, visto che non è una MT: che è appunto quello che
dicevo.