21 settembre 2022  |  a cura di Giacomo Givotti  |  condividi con

Fotovoltaico, ecco come la luce solare diventa elettricità

Piccola guida tecnica sul fotovoltaico per capire come sia possibile assorbire energia elettrica dal sole per alimentare le nostre case.

I pannelli fotovoltaici producono elettricità sfruttando la luce solare. Può sembrare una magia, ma in realtà il processo che sta alle spalle di questo meccanismo è conosciuto da molto tempo: lo scoprì un fisico francese nel lontano 1839. Si tratta dell’effetto fotovoltaico che consente la conversione diretta dell’energia solare in energia elettrica in corrente continua, grazie all’interazione dei fotoni contenuti nella radiazione luminosa con gli elettroni contenuti nei materiali semiconduttori di cui sono fatti i pannelli. Questo significa che, a differenza del solare termico che necessita del calore del sole per produrre acqua calda, al fotovoltaico basta la luce, quindi in giornate soleggiate è in grado di produrre anche in climi freddi.

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Indice:

  1. L’effetto fotovoltaico e il viaggio degli elettroni
  2. L’irraggiamento solare migliore per un impianto fotovoltaico
  3. Perché in un impianto fotovoltaico è necessario l’inverter

L’effetto fotovoltaico e il viaggio degli elettroni

Una cella fotovoltaica tradizionale, che è il componente minimo di un modulo, è costituita da una sottile lamina di materiale semiconduttore (attualmente soprattutto silicio monocristallino) che in fase di produzione viene opportunamente trattato attraverso processi di “drogaggio”, inserendo atomi di boro e fosforo che determinano una giunzione instabile, con “lacune” ed eccedenze di elettroni negli atomi. Quando i fotoni colpiscono la cella con energia sufficiente, si crea un campo elettromagnetico che eccita gli elettroni consentendo loro di liberarsi dalle forze elettrostatiche e di muoversi, creando un flusso di cariche interne dovuto agli elettroni che passano da uno strato negativo della cella a uno positivo, e viceversa. Sommando l’effetto sull’intera superficie del modulo fotovoltaico, e poi su un’intera stringa di moduli, si riescono a convogliare queste cariche su un circuito esterno ottenendo valori di tensione tali da generare un flusso di corrente continua convertibile poi, tramite un inverter, in corrente alternata utilizzabile in casa.
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L’irraggiamento solare migliore per un impianto fotovoltaico

L’energia solare è costituita da onde elettromagnetiche e fotoni generati dalle fusioni nucleari che avvengono all’interno del sole. La potenza delle onde elettromagnetiche che incide su una superficie prende il nome di irraggiamento solare che viene misurato in W/m2. Il nostro Pianeta riceve in media un irraggiamento pari a circa 1.350 W/m2, ma questa quantità di radiazione luminosa è in parte assorbita o riflessa nell’atmosfera.

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L’irraggiamento che effettivamente riceviamo può avvenire in maniera diretta, diffusa, per esempio attraverso le nuvole, oppure riflessa dalle superfici. Il migliore irraggiamento si ottiene quando è diretto e ha un’incidenza il più possibile perpendicolare rispetto alla superficie. Questo è il motivo per cui nel nostro emisfero l’esposizione dei pannelli fotovoltaici verso sud permette di avere la resa produttiva migliore.

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Perché in un impianto fotovoltaico è necessario l’inverter

Se qualcuno di voi ha avuto la possibilità di vedere il film “L’uomo che illuminò il mondo” potrà capire l’aspra battaglia con cui si sono imposte nella nostra società la corrente continua (sostenuta da Edison) e quella alternata (sostenuta da Nikola Tesla). In effetti tra i due meccanismi con cui viaggia l’elettricità esistono importanti differenze, ma entrambi a loro modo sono necessari.

guida-efficienza-energetica-casaLa corrente continua, in inglese chiamata DC (Direct Current) è rappresentata come una linea retta per indicare il flusso di elettroni costante che si muove nella stessa direzione all’interno di un circuito, tra un polo positivo e uno negativo. Viene utilizzata, oltre che nella generazione di elettricità da fotovoltaico, nelle batterie, in dispositivi elettronici e in infrastrutture speciali.
La corrente alternata (o AC, Alternating Current) viene invece rappresentata come una linea sinusoidale dove si alternano pulsazioni positive e negative nel tempo con un andamento periodico: in pratica, gli elettroni oscillano avanti e indietro a una frequenza costante, che in Europa è di 50 Hz, ossia 50 volte in un secondo. Essendo trasportabile con minori perdite a tensioni elevate, comporta maggiori vantaggi in termini di economicità e sicurezza e quindi è il tipo di corrente utilizzato nella distribuzione di energia sul territorio. Non è però accumulabile nelle batterie.

Investire nell'installazione di un impianto fotovoltaico conviene? Anche senza incentivi? Continuerò a pagare la bolletta o sarò autonomo? Ecco quello che devi sapere. > Leggi l'approfondimento

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L’effetto fotovoltaico libera elettroni innescando un movimento di cariche all’interno dei moduli in corrente continua, ed è per questo motivo che negli impianti fotovoltaici è indispensabile installare l’inverter, un componente che si occupa di trasformare la corrente continua generata dai moduli in corrente alternata disponibile per la rete e le utenze domestiche.

I sistemi di accumulo fotovoltaici, composti da batteria e inverter, permettono di massimizzare l’autoconsumo dell’elettricità prodotta dall’impianto, valorizzando l’investimento. > Leggi l'approfondimento

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