I Pannelli Solari Fotovoltaici
Che cosa sono?
I pannelli solari fotovoltaici utilizzano l'energia del Sole per la produzione di energia elettrica. La conversione della radiazione solare in energia elettrica avviene quando alcuni materiali semiconduttori, come ad esempio il silicio, vengono sollecitati dalla luce del Sole.
Il primo pannello solare fotovoltaico fu realizzato da Charles Fritts nel 1889. Esso era formato da un sottile strato di selenio, steso su una lastra metallica e coperto con una pellicola semitrasparente di oro; la sua efficienza era di circa l'1%.
I pannelli solari fotovoltaici costituiscono l'elemento base di ogni impianto fotovoltaico.
Qual'e' il componente elementare di ciascun pannello solare fotovoltaico?
Ogni pannello solare fotovoltaico possiede come componente elementare una cella fotovoltaica, composta da un wafer di materiale semiconduttore, quasi sempre silicio, dello spessore di circa 0,3 mm. Una cella fotovoltaica puo' essere di forma rotonda, quadrata o rettangolare e la sua superficie e' compresa tra 100 cm2 e 225 cm2. Il silicio, che ne costituisce il wafer, e' lavorato tecnologicamente con processi che sfruttano le proprieta' fisiche e chimiche del materiale puro. In fase di realizzazione della cella solare il materiale semiconduttore viene sottoposto ad un processo di drogaggio, ossia viene contaminato con impurita' di atomi trivalenti o pentavalenti, al fine di modulare la sua conducibilita' elettrica. Gli elementi droganti che vengono piu' comunemente usati sono il boro (per il drogaggio di tipo P) ed il fosforo (per il drogaggio di tipo N). Dunque, in una cella fotovoltaica e' presente una zona drogata di tipo P ed una zona drogata di tipo N, cosi' da formare una giunzione P-N. Le celle solari sono dei dispositivi elettronici appartenenti alla categoria dei fotodiodi.
Come sono strutturati?
Struttura tipica di un generatore fotovoltaico.
I pannelli solari fotovoltaici sono composti da piu' moduli fotovoltaici collegati in serie, ciascuno dei quali e' formato da piu' celle fotovoltaiche.
Piu' pannelli solari fotovoltaici uniti tra loro formano una stringa fotovoltaica e l'insieme di piu' stringhe costituisce un generatore fotovoltaico, detto anche campo.
I moduli fotovoltaici possono essere combinati sulla base delle reali esigenze energetiche dell'utenza, oppure in base alle caratteristiche della superficie destinata all'impianto.
Come funzionano?
Guarda il fimato: Come funziona il pannello fotovoltaico
Il principio fisico su cui si basano i pannelli solari fotovoltaici e' l'effetto fotovoltaico, grazie al quale la radiazione solare viene convertita direttamente in energia elettrica. L'energia elettrica viene prodotta sotto forma di corrente continua a bassa tensione; si puo' fare un uso domestico di tale energia solo se la si converte in corrente alternata (220 Volt) e cio' viene fatto adoperando degli inverter CC/CA.
Rendimento
Il rendimento di un pannello solare fotovoltaico e' la sua capacita' di trasformare la radiazione solare in energia elettrica.
Il rendimento prodotto da un singolo modulo fotovoltaico, comunemente costituito da 48-72 celle solari, dipende dai seguenti fattori:
orientazione
inclinazione
ambiente, ossia clima e morfologia del territorio
tecnologia.
Per celle commerciali al silicio, il rendimento di conversione e' in genere compreso tra il 13% ed il 20%, anche se in laboratorio sono stati ottenuti valori del 32,5%.
A cosa servono?
L'energia prodotta dai pannelli solari fotovoltaici puo' essere utilizzata in tempo reale per far fronte ai consumi elettrici di una casa, dovuti ad esempio all'illuminazione, all'alimentazione di un frigorifero, della TV e di qualsiasi altro dispositivo elettrico.
Quanti tipi di pannelli solari fotovoltaici esistono?
Esistono due principali categorie di pannelli solari fotovoltaici al silicio e sono quelle caratterizzate da:
moduli fotovoltaici cristallini, distinguibili in:
Pannelli solari fotovoltaici innovativi
Cella
organica.
(Fonte immagine: http://www.rinnovabili.it)
Fotovoltaico organico OPV (Organic Photovoltaic)
Quanto durano?
Secondo alcune ricerche ed alcuni test condotti dall'Enea, e' stato verificato che i pannelli solari fotovoltaici durano in media 22 anni.
Il tasso di degradazione annuo dei moduli, in termini di efficienza, e' di circa 0,4%.
Quanto costano?
E' difficile fornire una stima del costo di un pannello solare fotovoltaico, perche' il prezzo dipende dalla tipologia di modulo scelto e dalle sue dimensioni.