La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare direttamente l'energia della radiazione solare in energia elettrica, con un'efficienza globale tra il 16% e il 18% per una singola cella fotovoltaica monocristallina.

Questa tecnologia sfrutta l'effetto fotovoltaico che è basato sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori, in grado di convertire l'energia della radiazione solare in energia elettrica, senza parti meccaniche in movimento e senza l'uso di alcun combustibile.

Questi dispositivi sono fabbricati a partire da materiali semiconduttori, come il silicio, l'arsenurio di gallio e il solfato di rame. In una cella fotovoltaica, i fotoni della luce solare incidente spezzano i legami degli elettroni del semiconduttore, consentendo così agli elettroni di muoversi liberamente nel semiconduttore.

Le posizioni lasciate libere dagli elettroni agiscono come cariche positive e prendono il nome di "lacune". Le celle fotovoltaiche consistono generalmente in due regioni sottili, una sopra all'altra, ognuna dotata di impurità aggiunte appositamente chiamate droganti. Il risultato è che una regione è di "tipo n", avendo un eccesso di elettroni (negativi), mentre l'altra è di "tipo p", avendo un eccesso di lacune positive. Questa struttura a 2 regioni, chiamata giunzione p-n, produce un campo elettrico interno.

Quando i fotoni creano elettroni liberi e lacune in prossimità della giunzione p-n, il campo elettrico interno li fa muovere in direzioni opposte; gli elettroni si muovono verso il lato n e le lacune si muovono verso il lato p. Viene quindi generata una tensione (forza elettromotrice, f.e.m.) fra le regioni p ed n, con il lato p positivo ed il lato n negativo. Se tramite di fili si collegano il lato p ed il lato n ad un "carico", per esempio una lampadina, vi è una tensione ai capi del carico e una corrente elettrica scorre sul carico.

La conversione della radiazione solare in una corrente di elettroni avviene nella cella fotovoltaica, un dispositivo costituito da una sottile fetta di materiale semiconduttore, molto spesso silicio, opportunamente trattata.

Tale trattamento è caratterizzato da diversi processi chimici, tra i quali si hanno i cosiddetti “drogaggi”. Inserendo nella struttura cristallina del silicio delle impurità, cioè atomi di boro e fosforo, si genera un campo elettrico e si rendono anche disponibili le cariche necessarie alla formazione della corrente elettrica.
Questa si crea quando la cella, le cui due facce sono collegate ad un utilizzatore, è esposta alla luce.

L’energia che si può poi sfruttare dipende dalle caratteristiche del materiale di cui è costituita la cella : l’efficienza di conversione (percentuale di energia contenuta nelle radiazioni solari che viene trasformata in energia elettrica disponibile ai morsetti) per celle commerciali al silicio è in genere compresa tra il 13% e il 20 %, mentre realizzazioni speciali di laboratorio hanno raggiunto valori del 32,5 %. In pratica la tipica cella fotovoltaica ha uno spessore complessivo compreso tra 0,25 e 0,35 mm ed è costituita da silicio mono o multicristallino.

Essa, generalmente di forma quadrata, misura solitamente 125x125 mm e produce, con un irraggiamento di 1 kW/mq ad una temperatura di 25°C, una corrente compresa tra i 3 e i 4 A e una tensione di circa 0,5 V, con una potenza corrispondente di 1,5 - 2 Wp. Poiché la potenza di una cella fotovoltaica varia al variare della sua temperatura e della radiazione, per poter fare dei confronti sono state definite delle condizioni standard alle quali fa riferimento il cosiddetto watt di picco (Wp), relativo alla potenza fornita dalla cella alla temperatura di 25°C sotto una radiazione di 1.000 W/mq e in condizioni di AM1,5.
La tecnologia fotovoltaica sfrutta il cosiddetto “effetto fotovoltaico” che è basato sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori in grado di generare elettricità quando vengono colpiti da radiazione solare.

Questo processo di elettrificazione viene realizzato dalle celle solari, che in genere sono collegate in serie e formano dei moduli fotovoltaici. Quasi il 95% delle celle solari è costituito da silicio semiconduttore, che rappresenta il secondo elemento più diffuso nella crosta terrestre ed è disponibile in enormi quantità. Una cella solare è costituita da due strati: uno strato caricato negativamente e uno caricato positivamente.

Quando la luce del sole colpisce la cella solare, scatena una reazione fisica che genera corrente continua. Grazie a un dispositivo chiamato “inverter” la corrente continua è trasformata in corrente alternata, ossia la tipologia che consumiamo abitualmente nelle nostre case.

L'energia prodotta può essere accumulata e conservata in batterie oppure immessa nella Glossary Link rete elettrica pubblica per poi essere prelevata al momento del consumo.

L'impianto fotovoltaico ha un basso impatto ambientale e consente di auto-produrre energia senza alcuna emissione di gas nocivi per l'atmosfera terrestre. Può essere installato ovunque, senza problemi particolari: tetti residenziali, pensiline, terrazze, coperture di capannoni industriali o attività commerciali (hotel, centri commerciali), giardini o terreni, parcheggi e altro. Gli unici fattori da tenere in considerazione sono la disponibilità di superfici su cui installare i pannelli senza ostacoli all'esposizione del sole; le dimensioni e l'orientamento di tali superfici e lo spazio per installare inverter e cavi.

Una volta installato, l'impianto è praticamente autosufficiente; i moduli fotovoltaici hanno una vita che va dai 50 ai 100 anni, ma è plausibile che dopo 25/30 anni ci siano riduzioni di efficienza a causa dell' obsolescenza della tecnologia.


COMPONENTI DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO

L'impianto fotovoltaico in rete è formato da:
  • Moduli fotovoltaici Sono a base di materiali semiconduttori, come il silicio o altri composti chimici, che generano l'effetto fotovoltaico (conversione della radiazione solare in energia elettrica in corrente continua). I moduli fotovoltaici oggi più comuni sono costituiti da 48-72 celle in serie, che permettono l’accoppiamento con gli accumulatori da 12 Vcc nominali. Per ottenere i pannelli fotovoltaici, le celle vengono collegate e saldate tra loro mediante terminali sui contatti anteriori e posteriori (in sequenza N-P-N-P-N...) in modo da formare le stringhe. Si realizza quindi un sandwich avente come parte centrale il piano della cella fotovoltaica e intorno, andando dall’esterno verso l’interno, una lastra di vetro dotata di ottima trasmutanza e buona resistenza meccanica, seguita da un foglio sigillante di EVA (acetato vinil -etilenico) che permette l’isolamento dielettrico dell’adiacente piano delle celle, seguito posteriormente da un secondo foglio di EVA e da un’altra lastra di vetro o un rivestimento isolante in tedlar. Il sandwich è quindi scaldato in un forno a circa 100°C, temperatura alla quale i componenti si sigillano tra loro, l’EVA passa da traslucido a trasparente e si elimina l’aria residua interna, che potrebbe provocare corrosione a causa del vapore acqueo presente. Si fissa infine il sandwich così trattato in una cornice d’alluminio estruso anodizzato (per resistere alla corrosione) e si dispone la cassetta di giunzione
  • Struttura di montaggio che serve a sostenere e a fissare i moduli alla superficie di appoggio (tetto inclinato o piano, terreno, pensilina).
  • Inverter (scarica PDF) che converte la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata a 230V da immettere nella rete elettrica pubblica.
  • Cavi solari che collegano i moduli all'inverter e quest'ultimo alla rete elettrica.
  • Sezionatore che consente di staccare l'inverter dal generatore fotovoltaico in caso di guasti o anomalie o per eseguire lavori di manutenzione. Contiene scaricatori che permettono di salvaguardare l'impianto da possibili scariche atmosferiche o sovratensioni.
  • Contatore che misura l'energia fotovoltaica prodotta dall'impianto e immessa nella rete elettrica pubblica in modo da calcolare gli incentivi in Glossary Link Conto Energia.
  • Sistema di monitoraggio che consente di monitorare il funzionamento e i dati di produzione dell'impianto, anche da Glossary Link remoto, per poter intervenire tempestivamente in caso di anomalie o guasti ed evitare lunghi tempi di fermo.