Un pannello fotovoltaico è un dispositivo tecnologico per produrre energia alternativa innovativo, ecologico e molto vantaggioso. Si tratta di un sistema che funziona con le leggi della fisica, quindi in modo del tutto naturale e senza alcun sistema meccanico. Il termine “fotovoltaico” deriva dalle parole phos (greco) che significa luce e da Volt, che è l’unità di misura dell’elettricità: il dispositivo infatti interagisce con i raggi luminosi e li tramuta in energia elettrica. Il fotovoltaico è una delle più diffuse energie rinnovabili.
Cenni storici
Il primo a scoprire questo tipo di reazione fisica, allora si parlava di effetto fotogalvanico, è stato un francese, Alexandre Edmond Bécquerel nel 1839. Questi scopri negli elettroliti liquidi la capacità di produrre energia elettrica dalla luce. Il primo pannello, piccolissimo, creato secondo la logica di questa reazione è del 1883 a opera di Charles Fritz, statunitense. Le teorie su questo sistema furono poi messe nero su bianco e perfezionate da Albert Einstein nel 1905. Le prime applicazioni importanti sono del 1950 e sono nei satelliti. Nel 1963 si iniziano produrre i primi pannelli fotovoltaici per il commercio. Il successo è immediato, anche se dati i costi solo pochi potevano permettersi questa tecnologia.
Come funziona: processo fisico
Il principio di funzionamento è l’effetto fotoelettrico dato dall’utilizzo di materiali semiconduttori per costruire delle cellette. Più celle vanno a costituire un pannello fotovoltaico e più pannelli formano un impianto, con collegate delle apparecchiature specifiche. Quando un numero sufficiente di fotoni delle radiazioni del sole, va a colpire il materiale conduttore, nella maggior parte dei casi silicio, essi vengono assorbiti dagli elettroni che si trovano in quel momento sulla superficie alla luce.
Quando questi superano la loro portata di energia, rilasciano atomi e così facendo diventano particelle mobili. Quando gli elettroni mobili si spostano, il loro posto nella struttura atomica, viene preso da un altro elettrone, meno carico che si trovava prima nella parte più profonda. Questo processo è un ciclo continuo sino a che c’è la luce del sole. Mettendo in collegamento la parte del materiale semiconduttore carica e quella scarica di elettroni, si crea la corrente elettrica.
Come è fatto un pannello fotovoltaico
Un pannello fotovoltaico è costituito da celle di piccole dimensioni fatte di solito in silicio. In base alla lavorazione del silicio si distinguono diverse tipologie di celle:
- monocristalline: cioè fatte da dischi di barrette di silicio monocristallino purissimo, con massima resa;
- policristalline: fatte da blocchi tagliati, con un rendimento un po’inferiore rispetto al precedente;
- amorfe: in questo casi il silicio viene spruzzato su una piastra, la resa è minore ma funzionano anche con irradiamento diffuso (quando ci sono le nuvole).
Ogni cella produce 1,5 Watt di energia circa. L’energia prodotta da un impianto in condizioni standard viene definita potenza di picco (Wp). È chiaro che nell’uso comune facilmente sia raggiunta solamente di rado per via di una moltitudine di fattori: orientamento dei pannelli, dispersione dell’irradiamento, polveri, temperatura, umidità etc. Ogni cella fotovoltaica è un piccolo dispositivo di conversione, cablando ogni cella si ottiene tensione elettrica. Le celle vengono collegate una all’altra con nastro metallico, si crea così un circuito.
Nella parte anteriore viene messo un vetro di isolamento e anche nella posteriore si provvede a stendere uno strato isolante, che fa anche da supporto alla struttura delle celle (chiamata anche wafer). I diversi strati sono incollati fra loro con acetato. Al pannello infine viene messa una cornice d’alluminio per completare il tutto e per mettervi i ganci per attaccarlo poi sui sostegni.
Come viene usato
I pannelli fotovoltaici hanno due utilizzi principali:
Alimentare con energia elettrica una struttura non servita dalla comune rete e si parla per questo di impianti a isola o isolati. Questi impianti sono autonomi e prevedono un accumulatore per immagazzinare l’energia non spesa immediatamente, così da averla quando il sole non c’è.
Alimentare strutture che sono servite dalla rete comune, in un interscambio quindi. Finché il pannello copre il fabbisogno elettrico della struttura, si continua ad attingere da quello, se l’energia non basta si attinge anche dalla rete elettrica. Se si produce energia in eccedenza questa non viene accumulata, ma viene rimessa nella rete comune. Viene poi fatto un conguaglio finale in modo da togliere dall’energia acquistata dalla rete, quella invece immessa.
Alimentare un dispositivo elettronico direttamente, si tratta di casi particolari, perché non prevede né accumulatore, né un allacciamento alla rete elettrica comune, quindi se il sole non c’è il dispositivo non funziona. Questo tipo di pannello fotovoltaico è usato per esempio per calcolatrici, giocattoli e piccole pompe, radio, orologi.