Un pannello fotovoltaico, detto anche modulo fotovoltaico, è un dispositivo che interagisce con le radiazioni luminose trasformandole in energia elettrica. Questa sua capacità è espressa dal termine stesso “fotovoltaico”, che formato dal greco phos, che vuol dire luce, e da Volt, che fa riferimento all’unità di misura della tensione elettrica. Nell’utilizzo comune quindi un pannello fotovoltaico, altro non è quindi, che un generatore di corrente alternativo.
La storia
L’effetto fotogalvanico, e di conseguenza il pannello fotovoltaico, è stato scoperto nel 1839, ad opera del francese Alexandre Edmond Bécquerel. Questi scopre negli elettroliti liquidi la capacità di produrre corrente elettrica a partire da una reazione indotta dalla luce. Nel 1883, ad opera dello statunitense Charles Fritz, viene costruita la prima cella solare, grande 30 cmq e fatta di selenio. Essa aveva una resa di conversione solo del 2%. Nel 1905 Albert Einstein pubblica alcune teorie sull’effetto fotoelettrico, che gli farà avere il Nobel per la fisica nel 1921.
Le prime applicazioni pratiche di questa tecnologia sono solo però negli anni Cinquanta dello scorso secolo. Il fotovoltaico è una tecnologia che viene sviluppata per i primi satelliti, che sono stati messi in orbita proprio in quel periodo. Le pile, batterie a combustione e l’energia nucleare di allora non erano sufficienti a coprire le esigenze: dopo breve tempo l’energia immagazzinata infatti si sarebbe consumata e il satellite sarebbe rimasto inutilizzabile. Nel 1963 l’azienda Sharp, di origine giapponese, produce i primi pannelli fotovoltaici commerciali.
Con lo sviluppo delle celle solari fatte di silicio, con un alto rendimento, i pannelli fotovoltaici si rivelano infine la soluzione ideale per i satelliti. I vantaggi sono stati da subito evidenti:
- l’inesauribilità della fonte energetica, dal momento che si tratta del sole;
- l’assenza di produzione di scorie di alcun tipo, quindi niente gas bruciati, residui etc.;
- l’assenza della necessità di manutenzione, poiché non vi sono parti in movimento che si usurano. Alle intemperie un pannello fotovoltaico ben fatto dovrebbe resistere per una trentina d’anni.
Come si presenta
Un pannello fotovoltaico può essere pre-assemblato, tuttavia al giorno d’oggi questi modelli sono in disuso, anche perché le dimensioni dei moduli sono sempre più grandi. Il pannello fotovoltaico è costituito da celle fotovoltaiche (anche dette comunemente solari), che catturano l’energia emessa dal sole e la trasformano in energia elettrica luminosa per il cosiddetto effetto fotovoltaico.
La cella è l’elemento base che costituisce il modulo fotovoltaico. Essa costituisce un dispositivo elettrico di conversione. I moduli in silicio, siano essi mono oppure poli-cristallini, rappresentano la maggior parte di quelli commercializzati. Questo tipo di pannello fotovoltaico prevede la cablatura di ogni cella, che in superficie ha una griglia fatta da materiale conduttore che canalizza gli elettroni. Ogni cella viene collegata alle altre con dei nastri metallici, si costituiscono così dei veri e propri circuiti in serie ed in parallelo. Il silicio deve essere puro, per questo viene purificato con ossido di silicio (chimicamente SiO2 silice).
Nella parte posteriore viene messa una superficie di supporto, di solito in materiale questa volta isolante e che di solito ha una dilatazione termica scarsa, quindi vetro temperato, tedlar (un polimero). Questa superficie viene appoggiata su uno strato sottile acetato di vinile (EVA), un matrice costituita da moduli preconnessi (con nastrini metallici), un altro stato di acetato e infine un materiale trasparente, di solito vetro temperato, che fa da protezione meccanica nella parte anteriore delle celle.
Tutti questi strati vengono legati con un processo di pressofusione a 145°C in un laminatore per 10 minuti, che trasforma l’acetato in un collante. Le terminazioni elettriche vengono isolate con una morsettiera stagna, fissate al sostegno posteriore. Il tutto viene fissato con una cornice di alluminio, utile per attaccare il pannello ai sostegni.
La struttura, riassumendo quindi è così:
- Vetro anteriore (4 mm di solito)
- EVA (etilene vinil acetato)
- Celle fotovoltaiche mono o policristalline
- EVA
- Fondo: Vetro o tedlar
Differenza tra pannello fotovoltaico e pannello solare termico
In apparenza il pannello fotovoltaico appare come un classico pannello solare termico, eppure si tratta di due tecnologie diverse. Con il solare termico, il fotovoltaico ha in comune solamente il fatto di prendere energia principalmente dalla radiazione solare, per il resto lo scopo e il funzionamento è del tutto differente, così anche come costi e durata. La differenza fra un pannello solare e uno fotovoltaico non è sempre chiara a tutti: cercheremo di semplificare.
Il pannello di tipo fotovoltaico è fatto da silicio, un materiali fatto per assorbire energia solare e grazie ad altri materiali genera energia elettrica. Il solare invece è un raccoglitore che funziona riscaldando sostanze fluide (di solito acqua), stabilizzandole poi a una temperatura preimpostata nell’utilizzatore. Il pannello solare termico ha lo scopo essenziale di produrre acqua calda, per il riscaldamento e per scopo sanitario, come l’igiene personale e il lavaggio delle stoviglie, mentre il fotovoltaico serve per produrre energia elettrica, quindi luce.
La resa fra i due tipi di apparecchio è piuttosto diversa: se infatti solari termici riescono a convertire l’energia del sole in acqua calda con un rendimento dell’80%, i pannelli fotovoltaici la convertono in energia elettrica solo al 15%, al massimo. I pannelli solari sono meno dispendiosi, si va dai 1400 ai 3500 euro, ma necessitano una manutenzione costante; gli altri costano tra i 6000 ed i 12000 euro in base alle capacità e non richiedono grandi manutenzioni.
Principali applicazioni
I pannelli fotovoltaici permettono di produrre energia elettrica dal sole, quindi possono essere usati per la produzione di energia in zone che non sono servite dalla rete elettrica territoriale (impianti isolati), o anche usati nelle zone coperte allo scopo di ridurre la propria bolletta della luce, con un impatto ambientale anche minore (impianti connessi alla rete).
- Impianti isolati: Gli impianti fotovoltaici funzionano basandosi sul modulo fotovoltaico, costituito da più celle, che trasforma l’energia contenuta in elettricità. Questa può essere accumulata in batterie, al fine di renderla disponibile sempre per questo si parla anche di impianti autonomi. Questi sono usati per esempio in montagna, in aree agricole senza rete etc. Questi impianti vanno sempre dimensionati in base alla zona, all’utilizzo, al tipo di utenza, al carico necessario.
- Impianti connessi alla rete: L’energia accumulata nei moduli fotovoltaici può però anche essere usata subito dall’utente, anche senza il bisogno di batterie. È questo il caso degli impianti connessi alla rete elettrica. La particolarità di questi impianti è che hanno con la rete elettrica locale un regime di interscambio,cioè quando c’è il sole l’utente consuma l’elettricità prodotta dal suo pannello, mentre quando non c’è o non è abbastanza, sarà la rete elettrica a fornirlo dell’energia necessaria. Se l’impianto produce più energia di quella richiesta, essa potrà essere immessa (venduta) nella rete: si parla di cessione delle eccedenze.