Oggi “parliamo” di celle solari

Citizen è ormai da anni assurta ad azienda leader nel campo dell’orologeria, per le sue peculiarità e caratteristiche di affidabilità e precisione. E’ innegabile che recentemente una parte del suo successo vada attribuito alle sue innovazioni tecnologiche, prima tra tutte quella inerente allo sfruttamento dell’energia solare applicato all’orologeria. In altre parole le sue collezioni “Eco-Drive”.

ecodrive_logo

Per meglio apprezzare questi piccoli miracoli della tecnica, mi pare opportuno dedicare uno spazio all’approfondimento della conoscenza delle celle solari, che, pur non essendo un’invenzione di Citizen, così bene vengono sfruttate nel campo orologiero.

La cella solare è un componente elettronico a base di silicio, il cui atomo conta 14 elettroni.

Immaginiamo la sua struttura atomica come un microscopico sistema solare il cui “sole” sia ovviamente al centro e attorno ad esso ruotino 14 pianeti. Ebbene: il “sole” sarebbe il nucleo dell’atomo, mentre i pianeti sarebbero gli elettroni.

Esistono in natura elementi che hanno una buona predisposizione a “perdere”, o meglio, cedere gli elettroni più distanti dal nucleo: questi elementi sono detti “conduttori”. Altri che assolutamente sono restii, e sono chiamati “isolanti”. Altri ancora, in determinate condizioni sono propensi ed in altre no, e sono conosciuti come “semiconduttori”.

Il silicio appartiene a quest’ultima categoria: i suoi quattro elettroni più esterni hanno la prerogativa di sapersi svincolare dal nucleo (e quindi cedere energia) se sottoposti ad un adeguato intervento energetico esterno, in questo caso l’energia solare o luminosa in genere.

Questa caratteristica di alcuni elementi era già stata notata nella prima metà dell’Ottocento, riferita però in modo particolare al selenio.

Bisogna attendere solo fino agli anni ’50 del secolo scorso perché il fisico G.Pearson noti le particolari attitudini del silicio. Da allora gli esperimenti si sono moltiplicati. Oggi la tecnica riferita all’energia solare può a buona ragione considerarsi fuori dal campo esclusivamente sperimentale, avendo raggiunto grande credibilità e affidabilità.

La cella solare è costituita da tre parti: una base metallica, uno strato del semiconduttore, ed un altro strato metallico così fine da essere trasparente.

Naturalmente sia la descrizione fisica che quella tecnica sono estremamente semplificate perché questo non è un blog di fisica atomica, e quindi non sono stati menzionati ad esempio gli altri semiconduttori che vengono affiancati al silicio per agevolare l’interscambio di elettroni, o altri importanti accorgimenti scientifici e costruttivi: a noi basta sapere a grandi linee come funziona il gioiellino che portiamo al polso.

Illuminando lo strato semiconduttore questo libera elettroni (i quali hanno carica elettrica negativa) che vanno a caricare negativamente lo strato trasparente metallico, lasciando l’atomo di silicio a questo punto con una carica positiva: avremo così i tre starti rispettivamente di polarità alternate (base negativa, semiconduttore positivo, strato trasparente negativo) innescando così la circolazione degli elettroni.

Citizen, come abbiamo appreso dall’ottimo post di Marco Parravicini, ha un esperienza di trentaquattro anni nel campo, avvicendando diverse generazioni di celle solari e di soluzioni tecnologiche. Sedici anni orsono è nato infine il progetto “Eco-Drive”.

Il vero miracolo della casa nipponica risiede nella sua capacità di produrre circuiti elettronici e parti meccaniche che unite danno vita ad un orologio in grado di richiedere un assorbimento quasi insignificante, consentendo quindi il massimo sfruttamento dell’energia luminosa che viene poi trasformata dalla cella, residuandone addirittura per caricare appositi accumulatori, i quali garantiscono all’orologio una carica abbastanza vicina a poter essere definita inesauribile.

Non bisogna confondere però l’alta affidabilità del sistema a carica solare, con altri fattori che ne sono completamente estranei.

Anche gli orologi Eco-Drive hanno una parte meccanica ed una parte elettronica indipendenti dal sistema di carica. Questo per dire che, seppur con meno frequenza rispetto agli standard abituali negli orologi meccanici, anche gli Eco-Drive potrebbero essere soggetti ad una revisione della parte propriamente meccanica. Il meccanismo infatti, se non è al massimo dell’efficienza, potrebbe richiedere una maggiore quantità di energia, crescerebbe l’assorbimento e quindi l’accumulatore sarebbe maggiormente sollecitato, così come succederebbe ad un normale orologio al quarzo. La differenza risiede nel fatto che in quest’ultimo tutto ciò si tramuterebbe in una durata insufficiente della batteria.

In altre parole dopo diversi anni di utilizzo, anche le parti meccaniche dell’Eco-Drive andrebbero revisionate.

Questo è un particolare che spesso viene dimenticato. Non fa però che confermare che nell’immaginario popolare i Citizen Eco-Drive sono considerati quasi orologi eterni e indistruttibili.

Oggi le celle solari sostituiscono i quadranti degli orologi Citizen, riuscendo quindi a non sottrarre spazio prezioso, con la conseguenza di un risultato armonico anche dal punto di vista estetico.

Per finire uno spunto di riflessione: nel panorama mondiale dell’orologeria, l’affidabile sistema Eco-Drive non ha quasi concorrenti! Secondo voi cosa significa?


17 Commenti

  1. @Enrico

    Post illuminante, non vedo l’ora di conoscerti. 🙂

  2. davidecristiano.fabbri

    NEL SITO HO LETTO DELLA TECNOLOGIA ECO DRIVE DUO, MA NON ESISTONO PIU’ MODELLI CON LA “DOPPIA ALIMENTAZIONE”? COME MAI SECONDO TE?
    CIAO E COMPLIMENTI PER L’EXCURSUS

  3. Ciao davidecristiano.fabbri,
    in effetti al momento non esistono nuovi “Eco-Drive duo” in catalogo.
    Posso esprimerti quella che è la mia personalissima opinione sul motivo: la doppia alimentazione era ritenuta necessaria per sopperire alla sensibilità solo discreta delle prime generazioni di celle solari. Oggi l’affidabilità di queste ultime e l’utilizzo degli accumulatori di nuova concezione garantiscono una produzione e uno stoccaggio di energia assolutamente sufficienti.
    A ciò va aggiunto che la tecnologia “duo” implica l’utilizzo di maggiori parti meccaniche e cinetiche, che rispetto alle tecnologie “solid state” sono più sensibili agli urti.
    Capisco comunque l’interesse per questa tecnologia che è molto affascinante.

  4. davide fabbri

    Secondo te nn varrebbe la pena averne uno per “collezione”? ho anche letto di un vecchio citizen thermo (BQ1000-69A) ed uno vitro (BL2000-57L). Di quest’ultima tecnologia ho letto a proposito di 3 prototipi presentati l’anno scorso a basilea (ring,dome,vitro). Cosa sai dirci? grazie, davide

  5. Ciao davide.
    Sia “Thermo” che “Vitro” non sono più commercializzati in Italia, e quindi si trovano con difficoltà.
    Si tratta di tecnologie che, a mio parere, la grande affidabilità dell'”Eco-Drive di ultima generazione ha by-passato, almeno per il momento (anche per l’alto divario del rapporto qualità-prezzo).
    Per quanto riguarda il “Thermo”, si basa sulle termocoppie formate da 1242 semiconduttori che rilevano la differenza di temperatura tra il fondello della cassa (a contatto Con il polso) e la parte superiore dell’orologio (esposto all’aria).
    E’ sufficiente un divario di 1 C° per innescare una circolazione di elettroni e quindi la produzione di energia (fenomeno di seeback).
    Per quanto riguarda il “Vitro”, si può semplificare una descrizione dicendo che in questa tecnologia la cella solare è il vetro, e non il quadrante.
    Circa il consiglio per la collezione, il mio suggerimento spassionato è il seguente: certamente sono orologi che non sfigurerebbero: hanno un loro “perchè”!
    Personalmente, però, indirizzerei l’attenzione su collezioni che hanno fatto maggiormente la storia di Citizen.
    Salutissimi.

  6. davide fabbri

    oh enrico, mi sono accorto di “sfinirti” addirittura su 2 blog diversi..se pazienti, ti riproporrei la domanda sui 3 di basilea, perchè mi sembra che non siano in circolazione ma mi sembrano abbiano un bel perchè e poi non capisco se il vitro è una nuova versione dell’eco-drive vitro citato.
    Personalmente, però, indirizzerei l’attenzione su collezioni che hanno fatto maggiormente la storia di Citizen: NON PUOI LASCIARMI COSI’! Per ora ho l’E2100, il Field titanio black ed il diver’s 300m titanio.

  7. Ciao davide.
    L'”Eco-Drive Vitro” (o “Vitro” come io l’ho chiamato: è lo stesso modulo)rappresenta l’ennesimo tentativo di stupire a cui Citizen ci ha abituato!
    Come abbiamo visto sul post, la cellula solare è composta, tra l’altro, anche da uno strato trasparente metallico che copre il semiconduttore, a sua volta sovrapposto ad una base in metallo.
    Ebbene, in “Vitro” lo strato metallico trasparente è così “invisibile” da essere il vetro dell’orologio.
    Per quanto riguarda gli orologi che hanno fatto la storia di Citizen, radiocontrollati a parte, mi riferivo ai “Repeater”, o ai “Calendar Perpetual” o al “Campanula” in serie limitata, ecc., tanto per citarne alcuni.
    Ciaoo

  8. davide fabbri

    gentilissimo, grazie!

  9. caro cannoletta ti invidio per il sapere che hai sui nostri “cari” 😀
    non ho mai scritto,ho sempre letto ma ora avrei una domanda sull affidabilita e durevolezza di un citizen thermo perche vorrei averne uno nella mia collezione.ho tutti radiocontrollati pero questo mi stuzzica…illuminami
    t ringrazio anticipatamente
    andrea

  10. Ciao Andrea.
    Ti dico cosa penso io: molto bello, intrigante, forse addirittura futuristico (soprattutto se pensiamo che è un modello di più di 10 anni fa), solo un pò “piccolo” confrontato con i modelli che porto io che sono più generosi (mia preferenza personale).

    Purtroppo non è il massimo dell’efficienza, perchè funzionando con delle termocoppie che generano energia elettrrica dalla differenza di temperatura tra pelle e superficie dell’orologio, questo porta ad alcuni problemi “logistici”.
    Infatti il sistema di ricarica della batteria è molto in difficoltà nelle regioni calde, dove la differenza di temperatura tra la pelle e l’aria è minima o a volte addirittura nulla. Di contro, anche nei paesi freddi dove dovrebbe funzionare egregiamente, facendo appunto FREDDO si tende a coprirsi e difficilmente l’orologio rimane scoperto, questo genera un riscaldamento che induce alla stessa condizione che si verifica nei paesi caldi: poca differenza termica, poca ricarica, poca efficienza…
    Credo che all’atto pratico sia questo il suo punto debole, che infatti ha spinto Citizen ad abbandonare tale tecnologia in favore di altre molto più efficienti, vedi le celle solari che sono il suo fiore all’occhiello.

    In ogni caso, dipende dalla tua situazione. Se ti piace collezionare orologi, sicuramente è un modello interessante da avere, è un pezzo di storia ed arricchisce una collezione tecnologica con qualcosa che difficilmente si trova in giro. Se cerchi un orologio funzionale ed efficiente guarderei altrove.
    Oppure semplicemente ti piace e vorresti metterlo ogni tanto alternandolo ad altri: in questo caso puoi semplicemente prendere alcuni accorgimenti per favorire la sua ricarica e tenerlo come un qualunque Eco-Drive, ma molto più originale. Basta avere cognizione di causa.

    Queste sono mie considerazioni personali che ho fatto dopo aver conosciuto, e non approfondito molto, questo particolare segnatempo che mi ha colpito ma non fino a comprarlo.
    Enrico Cannoletta avrà sicuramente una presentazione migliore per questo modello, che attendo con curiosità anche io, a questo punto. Chissà che cambi idea e mi venga voglia di aggiungerlo alla mia bacheca! 😉

    Perchè in fondo, bello è bello, originale, a me piace……

  11. Ciao andrea e lamapss.
    Direi che lamapss ha centrato l’argomento.
    In effetti la tecnologia Eco-Drive Thermo è molto suggestiva ed è teoricamente in grado di garantire un’energia pulita ed inesauribile, proprio perchè basata sulla differenza di temperatura dell’aria rispetto a quella di contatto sul polso.
    Il sistema, in pratica, pur assicurando un corretto funzionamento dell’orologio, è stato superato dall’Eco-Drive “solare”, il quale è in grado di alimentare senza problemi anche orologi multi-funzioni, stockando energia suppletiva.
    L’utilizzo di un termo-accoppiatore e la tecnologia non sufficientemente massificata mantengono inoltre a livelli abbastanza elevati il prezzo, per cui sul mercato il confronto con il tradizionale Eco-Drive è certamente perdente.
    Ciò nonostante, si tratta di un orologio, che come giustamente sostiene lamapss, rappresenta la storia della ricerca elettronica applicata all’Orologeria, ed è un esemplare da tenere in considerazione per una Collezione Tematica.
    Salutissimi.

  12. mirko017

    Mi inserisco un attimo in questa discussione che trovo interessante.
    Personalmente non ho mai avuto un Eco-Drive Thermo, anche se ne avevo sentito parlare, quindi potrei anche dire una sciocchezza, ma sto pensando che, se il funzionamento e’ basato sulla differenza di temperatura tra la pelle del braccio e l’orologio, allora probabilmente questo tipo di orologio deve essere sempre indossato per poter funzionare correttamente, perche’ diversamente verrebbe a mancare la differenza di temperatura richiesta.
    Se e’ cosi’, allora risulta molto meno comodo rispetto ad un Eco-Drive solare che funziona anche se non indossato purche’ sia esposto periodicamente alla luce.
    Saluti.

  13. Quello evidenziato da mitko017 è il motivo principale per cui la tecnologia Thermo è stata sorpassata dall’Eco-Drive tradizionale.
    C’è da sottolineare però che l’energia prodotta quando l’orologio è al polso si è sempre dimostrata maggiore del fabbisogno immediato, superando agevolmente il limite minimo di funzionamento. L’eccedenza veniva comunque conservata all’interno di una accumulatore.
    Niente a che vedere con la riserva di carica derivante però dal sistema “solare”.

  14. Esatto mirko017, infatti come scrive Enrico Cannoletta, che ne sa più di me, anche il Thermo possiede un accumulatore di energia ricaricato dalle termocoppie, tuttavia il sistema non ha la stessa efficienza di un Eco-Drive come i più moderni. Per questo però, come ho suggerito ad andrea, si potrebbero prendere alcune accortezze a livello logistico per scavalcare il “problema”…
    I nostri Eco-Drive li teniamo in bacheche con vetro vicino ad una finestra in modo che prendano luce, gli automatici si tengono nelle scatole del tempo che li mantengono in movimento e ne automatizzano la ricarica meccanica, il Thermo andrebbe conservato su un termosifone o allacciato al tubo dell’acqua calda 😉
    Ahah scherzi a parte, si potrebbe ricaricare saltuariamente utilizzando una borsa dell’acqua calda per esempio, oppure tenerlo comunque in una posizione ed in un contenitore tali che la differenza di temperatura tra la superficie ed il fondello sia sempre accentuata.

    Insomma, se ci impegnamo possiamo inventarci qualcosa non credete?
    Soltanto che non so in effetti quanta autonomia abbia questo segnatempo… qui domando a Enrico Cannoletta, cortesemente.
    Se ci illumina, potremo scoprire quanto “SALTUARIAMENTE” dovremmo far ricaricare un Thermo, qualora qualcuno di noi fosse interessato ad aggiungerlo alla collezione.

  15. mirko017

    Sto cercando di immaginare l’orologio allacciato al tubo dell’acqua calda…..!
    Scherzi a parte, sarei piuttosto curioso di sapere quanti sono effettivamente gli Eco-Drive Thermo in circolazione: alzi la mano chi ne possiede uno.
    Come ho detto nel messaggio precedente, ne avevo sentito parlare e ricordo anche che una decina di anni fa sul sito ufficiale Citizen si parlava di tale tecnologia come evoluzione del sistema Eco-Drive originale. Poi pero’ le cose sono andate diversamente e anche questo sistema, cosi’ come l’Eco-Drive Duo (misto solare e cinetico), e’ stato surclassato dalla straordinaria efficienza del sistema Eco-Drive che oggi conosciamo.
    Saluti.

  16. Francesco C

    Ricordo che da circa 80 anni esiste la famosa pendola Atmos di Jaeger Le Coultre che è completamente meccanica ed il cui bariletto viene caricato dalle differenze di temperatura ambiente che invariabilmente ci sono fra il giorno e la notte in qualunque stagione. Un contributo è anche fornito dalle variazioni della pressione atmosferica.
    Una capsula sigillata contenente cloruro di etile si espande e si contrae fornendo la forza necessaria a caricare la molla. Secondo JLC anche variazioni di 1°C sono sufficienti a mantenere in funzione la pendola.
    Evidentemente la carica di una batteria ha presentato maggiori problemi rispetto a questo sistema. E’ chiaro che durante una giornata l’orologio da polso subisce variazioni di temperatura molto maggiori rispetto a quelle che ha una pendola e quindi l’energia disponibile dovrebbe essere maggiore.

  17. Non ero a conoscenza di questa pendola… mi informerò!
    In questo caso, forse, il problema dello sviluppo della tecnologia che hai appena descritto sugli orologi da polso è stata la miniaturizzazione. Sto solo supponendo, ma in effetti non dobbiamo dimenticarci le leggi di mercato: anche se una tecnologia è praticamente realizzabile, bisogna vedere i costi e i ricavi che si ottengono grazie all’efficienza della stessa. Se il costo di miniaturizzazione è troppo alto, si abbandona una strada e se ne cerca una più economica ed efficiente!

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