COME FUNZIONANO I PANNELLI FOTOVOLTAICI

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Il fotovoltaico è una delle principali fonti di produzione elettrica da energia rinnovabile. Per capire come funzionano i pannelli fotovoltaici bisogna analizzare la tecnologia alla base degli impianti, la responsabile dell’efficienza di tali sistemi. Proprio grazie a tale meccanismo si parla di un impiego sempre più diffuso.

Come funzionano i pannelli fotovoltaici?

Un impianto fotovoltaico ad energia solare prevede l'impiego di pannelli, ossia delle superfici che montano più celle fotovoltaiche: ciascuna di queste provvede a convertire l'energia trasportata dai fotoni (conduttori di luce e calore) in elettricità. Ciò avviene grazie alla stimolazione degli elettroni presenti nel materiale semiconduttore all'interno di ogni cella solare (tipicamente silicio cristallino), i quali sono eccitati dai fotoni e iniziano a fluire nel circuito producendo corrente elettrica.

Il funzionamento base di un pannello fotovoltaico prevede i seguenti passaggi:

  • esposizione del pannello alla luce solare: in questa prima fase i fotoni colpiscono la superficie della cella fotovoltaica;

  • trasporto dell’energia: in seguito all’esposizione, l’energia trasportata dal fotone viene trasferita agli elettroni presenti sulla cella di silicio;

  • generazione di corrente: l'energia trasferita agli elettroni ne provoca “un'agitazione” che comporta la formazione di corrente nel circuito.

Si produce quindi energia elettrica in corrente continua. Una volta prodotta questa energia, entra in gioco l'inverter fotovoltaico: uno strumento connesso alla cella fotovoltaica, che provvede a convertire la corrente in alternata, così da poterla immettere sui cavi di collegamento e, infine, sulla rete di distribuzione che ne permette l'utilizzo per i fini più disparati sul mercato.

Per ottimizzare i propri impianti fotovoltaici, Sorgenia si affida solamente a partner specializzati e sceglie l’inverter Aton ibrido. Tale sistema garantisce la massima efficienza e resa energetica in ogni condizione di lavoro, grazie all’Integrazione WiFi per connettività stabile, efficace e intelligente e al continuo monitoraggio dei consumi tramite App.

Quali sono i componenti dei pannelli solari?

Analizzando in modo più dettagliato le celle fotovoltaiche, è importante segnalare che la componente di gran lunga più importante e che ne condiziona lo stesso funzionamento è il silicio di grado solare. Come visto, si tratta del materiale con cui vengono prodotte le celle fotovoltaiche. La specifica variante di questo elemento non esiste in natura, dal momento che la sua forma pura è soggetta a reazioni con l'ossigeno (non a caso, è frequente trovarlo sotto forma di ossido di silicio o in altri elementi compositi, come sabbia e argilla). Quindi, diventa necessario purificare prima tramite fusione con polvere di carbone e poi tramite processi chimici il silicio estratto, fino ad arrivare ad un grado di purezza del 99,9%: proprio a queste condizioni la materia assume la denominazione di silicio di grado solare.

Grazie alla sua composizione alle proprietà che incorpora, questo elemento presenta delle caratteristiche di semiconduttore, nel senso che la conducibilità elettrica dipende dalla temperatura e quindi fornendo calore si può dare agli elettroni l’energia necessaria per passare dal livello energetico della banda di valenza a quello della banda di conduzione e quindi permettere loro di muoversi all’interno del materiale, soggetti alle forze elettriche: è proprio quanto avviene in un pannello fotovoltaico. In particolare, si usa il drogaggio dei semiconduttori con impurità di sostanze opportune (fosforo, arsenico o boro) per aumentarne la conducibilità. Infatti, quando i pannelli vengono colpiti dalla luce del sole si creano differenze di cariche negli strati della cella che scatenano la produzione di un campo elettrico.

L'altro elemento imprescindibile dei pannelli fotovoltaici è rappresentato dagli inverter: una componente essenziale per convertire la corrente continua che si produce all'interno delle celle in corrente alternata. Una delle caratteristiche principali degli inverter è data dalla possibilità di aggiungere all’impianto fotovoltaico dei sistemi di accumulo, come batterie al litio. Questi permettono di tenere da parte l'energia necessaria al funzionamento stesso del pannello solare: ad esempio, per permettere la rotazione del medesimo (il cd. inseguimento) man mano che il sole alza o cala o si sposta lungo il piano terrestre.

Infine, gli inverter garantiscono monitoraggio e protezione degli impianti e delle reti di alimentazione a cui sono collegati e permettono di mantenere costantemente il punto di funzionamento ideale (MPP) per poter estrarre in ogni momento la massima potenza disponibile dai moduli fotovoltaici. In particolare, l’app di Sorgenia consente di monitorare in modo semplice e intuitivo tutti i risultati dell’impianto. Attraverso l'applicazione si ha accesso ai dati dell’inverter e del sistema di accumulo, per visualizzare i flussi energetici.

L'energia solare: che cos’è e a cosa serve

Chiaramente, l'ingrediente principale del processo appena descritto è l’energia che viene trasmessa dal sole, come conseguenza diretta dell’irradiazione della superficie terrestre su cui sono montati i pannelli fotovoltaici. Questi si chiama energia solare. Si stima che la nostra stella invii ogni ora una quantità di energia pari al consumo medio annuale di tutta la popolazione mondiale. All'interno di queste stime, peraltro, è stato ritenuto che l'erogazione di energia da ogni metro quadrato di superficie solare sia pari a quella che si otterrebbe, per un'ora, bruciando oltre 6.000 litri di gasolio. Si tratta, quindi, della fonte di energia più potente a disposizione, che supera di gran lunga tutte le centrali nucleari e le riserve di combustibile fossile a disposizione dell'uomo.

Si deve chiarire l'aspetto solo potenziale di questi dati, dal momento che il fotovoltaico presenta un importante limite. Stando alle tecnologie a disposizione, gli impianti fotovoltaici non sono attualmente in grado di operare una conversione totale dell'energia che giunge sulla Terra. Al contrario, l'efficienza di conversione - influenzata da fattori come umidità, temperatura o inefficienze dell'impianto - è minore del 30%. Inoltre, come noto, il Sole non è disponibile allo stesso modo, sia nell'arco del giorno (ciclo giorno/notte) sia nel corso dell'anno, registrandosi un minor grado di irradiazione nelle stagioni invernali rispetto a quelle estive.

 

Il presente testo è aggiornato al 9 Gennaio 2023

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