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Che cos'è la tecnologia fotovoltaica? » Funzionamento degli impianti fotovoltaici » L'effetto fotovoltaico » Come funziona una cella solare? » In che materiale è realizzata una cella solare? » Dalla cella al modulo » Di quali parti si compone un impianto fotovoltaico? » Che cosa significa esattamente "kilowatt di picco" (kWp)? » Esistono diversi gradi di rendimento? » Cosa succede se il tempo è nuvoloso? » Moduli - fresco è meglio! Funzionamento degli impianti fotovoltaici Gli impianti fotovoltaici sfruttano l'effetto fotovoltaico per produrre energia elettrica se-condo uno dei processi più efficaci sul fronte della salvaguardia dell'ambiente. Il concetto di "fotovoltaico" indica la diretta trasformazione della luce solare in energia elettrica. La tecnologia di riferimento è in realtà assai semplice: la corrente elettrica si ottiene grazie alle celle solari, il cui componente principale è un semiconduttore, di norma, il silicio. Per semiconduttore s'intende un materiale non assimilabile né agli isolatori, né ai condut-tori, le cui proprietà elettriche possono essere notevolmente influenzate mediante l'aggiunta di sostanze estranee (drogatura). Una cella solare è composta di due strati semiconduttori adiacenti e muniti di contatti metallici separati, rispettivamente drogati in modo tale da ottenere un cosiddetto strato "n" (n = negativo), con un esubero di elettro-ni, e uno strato sottostante "p" (p = positivo), con carenza di elettroni. Per via della diffe-renza di concentrazione, gli elettroni migrano dalla regione n alla regione p, portando alla creazione di un campo elettrico all'interno di questa struttura a semiconduttore, la cosid-detta "zona di carica spaziale". L'effetto fotovoltaico Lo strato superiore n di una cella fotovoltaica è così sottile che i fotoni della luce solare incidente sono in grado di penetrarlo, liberando la propria energia ad un elettrone solo all'interno della zona di carica spaziale. L'elettrone così eccitato è mobile e segue il cam-po elettrico interno, passando dalla zona di carica spaziale ai contatti metallici dello strato n. Collegando un'utenza, il circuito viene chiuso: gli elettroni migrano attraverso l'utenza verso il contatto posteriore della cella solare ed infine nuovamente verso la zona di carica spaziale. Tale effetto viene definito "fotovoltaico" (dall'unione del vocabolo greco "phos" (luce) e del nome del fisico Alessandro Volta). La corrente continua prodotta dalle celle solari viene trasformata in corrente alternata da un invertitore, il "cuore" dell'impianto. Come funziona una cella solare? La corrente elettrica si ottiene grazie alle celle solari, il cui componente principale è un semiconduttore, di norma, il silicio. Per semiconduttore s'intende un materiale non assi-milabile né agli isolatori, né ai conduttori, le cui proprietà elettriche possono essere note-volmente influenzate mediante l'aggiunta di sostanze estranee (drogatura). Una cella solare è composta di due strati semiconduttori adiacenti e muniti di contatti metallici se-parati, rispettivamente drogati in modo tale da ottenere un cosiddetto strato "n" (n = negativo), con un esubero di elettroni, e uno strato sottostante "p" (p = positivo), con carenza di elettroni. Per via della differenza di concentrazione, gli elettroni migrano dalla regione n alla regione p, portando alla creazione di un campo elettrico all'interno di que-sta struttura a semiconduttore, la cosiddetta "zona di carica spaziale". Lo strato superiore n di una cella fotovoltaica è così sottile che i fotoni della luce solare incidente sono in grado di penetrarlo, liberando la propria energia ad un elettrone solo all'interno della zona di carica spaziale. L'elettrone così eccitato è mobile e segue il cam-po elettrico interno, passando dalla zona di carica spaziale ai contatti metallici dello strato n. Collegando un'utenza, il circuito viene chiuso: gli elettroni migrano attraverso l'utenza verso il contatto posteriore della cella solare ed infine nuovamente verso la zona di carica spaziale. In che materiale è realizzata una cella solare? Oltre il 95% di tutte le celle solari prodotte a livello mondiale è realizzato nel materiale semiconduttore silicio (Si). Oltre ad essere il secondo elemento più diffuso sulla crosta terrestre, il silicio risulta vantaggioso in quanto la lavorazione del cristallo non ha impatto negativo sull'ambiente. In base al tipo di cristallo, si distinguono tre categorie di celle: monocristalline, policri-stalline e amorfe. Ognuna delle tre tipologie si differenzia, a sua volta, per costi di lavo-razione e differenti gradi di rendimento. I gradi di rendimento delle celle amorfe (le co-siddette "celle a film sottile") offrono prestazioni inferiori rispetto alle altre due categorie; per via del processo di lavorazione meno complesso, esse sono anche le più economiche. Dalla cella al modulo In condizioni di massimo irraggiamento solare (ca. 1.000 Watt/m2), su una cella solare di 10 x 10 cm incide una radiazione di potenza pari a circa 10 Watt. Detta cella può quindi, in base alla relativa qualità, produrre una potenza di 1-1,5 Watt. Per aumentare la poten-za, è possibile combinare più celle, creando così un modulo solare. Il collegamento di più moduli viene infine definito "generatore solare". Ulteriori informazioni sulla tecnologia fotovoltaica sono disponibili alla rispettiva voce della barra di menu in alto a destra. Di quali parti si compone un impianto fotovoltaico? Un impianto fotovoltaico è di norma costituito da celle solari che vengono riunite all'interno di moduli solari, da un invertitore, che trasforma la corrente continua in cor-rente alternata, e da un contatore di alimentazione. In aggiunta, vengono spesso installa-ti anche un sistema di monitoraggio dell'impianto ed un visualizzatore di dati. Che cosa significa esattamente "kilowatt di picco" (kWp)? Il concetto di "kilowatt di picco" indica la potenza di picco (ingl. peak = picco). Tale valo-re rappresenta la potenza raggiunta da un modulo solare al massimo irraggiamento (in condizioni di prova standard. Per condizione standard si considera un irraggiamento sola-re ottimale di 1.000 Watt/m2, che in Germania si raggiunge solo nelle ore centrali della giornata durante il periodo estivo. La potenza di picco viene anche definita da molti produttori come "valore nominale" o "potenza nominale". Basandosi su misurazioni eseguite in condizioni ottimali, la potenza di picco non corrisponde alla potenza che si ottiene alle normali condizioni di irraggia-mento. Tale dato risulta inferiore in misura del 15-20% per via del forte riscaldamento a cui sono esposte le celle solari. Esistono diversi gradi di rendimento? Il grado di rendimento indica il rapporto tra l'energia disponibile rispetto a quella utilizza-ta. Quanto maggiore è tale grado, tanto migliore sarà la capacità di trasformare la radia-zione solare in energia elettrica. Si distingue di norma tra grado di rendimento delle celle, del modulo e del sistema. Nella produzione commerciale di massa, si raggiunge attual-mente un grado di rendimento delle celle pari al 18,3% (in base alla tecnologia utilizza-ta). Il grado di rendimento dei moduli è in funzione della relativa superficie e risulta pertanto leggermente inferiore rispetto a quello delle celle; ciò è in parte imputabile anche alle intercapedini non utilizzabili presenti tra le celle solari adiacenti del modulo. Il grado di rendimento del sistema fa riferimento all'intero impianto ad energia solare. Un ulteriore fattore di riduzione del grado di rendimento dei moduli sono le perdite di trasmissione attraverso i cavi. Cosa succede se il tempo è nuvoloso? I moduli fotovoltaici non si limitano a sfruttare la luce solare diretta quando il cielo è se-reno, ma assorbono anche la cosiddetta radiazione diffusa in caso di cielo nuvoloso. Quanto più chiaro è all'esterno, tanto maggiore sarà l'efficienza dei moduli - che il sole si direttamente visibile oppure no. Nell'Europa centrale la radiazione diffusa costituisce ben il 50% dell'irraggiamento totale. Moduli - fresco è meglio! Spesso si trascura il fatto che gli impianti fotovoltaici funzionano al meglio ad una tempe-ratura di 25°C. La percentuale di irraggiamento solare diretto, ad es. all'Equatore, è relativamente supe-riore rispetto alle nostre latitudini; tuttavia, le elevate temperature esterne riducono no-tevolmente il rendimento dell'impianto a causa del riscaldamento dei moduli. Nelle comu-ni celle al silicio, il calo di efficienza è pari a circa 0,4% per °C. Le temperature più fre-sche della Germania compensano pertanto il livello inferiore di irraggiamento. Fonte: Solarpraxis AG |
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