Tecnologia fotovoltaica

Le celle fotovoltaiche

La cella fotovoltaica è l'elemento base di un sistema fotovoltaico. Esse sono dei diodi fotosensibili, in silicio o in plastica, che assorbono  i raggi solari e li trasformano in energia elettrica. Il funzionamento delle celle fotovoltaiche si basa sui fenomeni elettronici che si verificano sulla superficie di contatto di due materiali diversi (in particolare due semiconduttori). Il formato della singola cella può variare da circa 13 millimetri a circa 102 millimetri di diametro.
La maggior parte delle celle fotovoltaiche attualmente in commercio utilizza come materiale di base il silicio, che ha il pregio di essere una risorsa relativamente abbondante sulla Terra oltre ad essere già utilizzato come materia prima nel settore dell'industria elettronica. Per la fabbricazione delle celle fotovoltaiche si utilizza il silicio cristallino (silicio mono- e policristallino) ed il silicio amorfo.
Una singola cella produce circa 1 o 2 watt, valore esiguo e insufficiente per la maggior parte delle applicazioni. Per tale motivo vengono connesse elettricamente piú celle fotovoltaiche, realizzando cosí il “pannello” o “modulo fotovoltaico”.

Il pannello o modulo fotovoltaico

Il modulo fotovoltaico é normalmente costituito da diverse celle, generalmente 54 o 60, disposte in un rettangolo all'interno di una struttura solida. L'intera unità è coperta da un involucro protettivo rigido e trasparente. Il numero di celle fotovoltaiche incluso all'interno di un pannello è variabile. Sul retro vi sono cavi elettrici che si dipartono dalle celle. Questi cavi alimentano il sistema elettrico dell’utilizzatore.

L’impianto fotovoltaico

Attraverso l’assemblamento di un certo numero di moduli fotovoltaici si ottiene l’impianto fotovoltaico. Gli impianti fotovoltaici producono energia elettrica sotto forma di corrente continua che necessita di essere trasformata in corrente alternata per essere immessa nella rete elettrica; a questa funzione è preposto l’inverter.

L’inverter

L’inverter, denominato anche gruppo di conversione, consente di trasformare l’energia elettrica prodotta dai pannelli fotovoltaici, sotto forma di corrente continua, in corrente alternata, adatta all’immissione diretta nella rete elettrica. L’inverter deve essere idoneo a supportare il trasferimento della corrente prodotta dall'impianto.

Le prestazioni di un impianto fotovoltaico

Le prestazioni di un impianto fotovoltaico dipendono dall’irradiazione solare. Le condizioni climatiche incidono in maniera significativa sulla quantità di energia solare ricevuta da un impianto fotovoltaico e sulle sue prestazioni. La maggior parte dei moduli fotovoltaici moderni hanno un’efficienza di conversione di circa il 10%. Miglioramenti tecnologici potrebbero essere in grado di elevarne l’efficienza al 20%.

La posizione dei moduli e le strutture di sostegno

I pannelli fotovoltaici sono spesso collocati sui tetti, sia per favorire l’uso privato dell’elettricità, sia per utilizzare superfici già esistenti e non occuparne di nuove. Per l’ancoraggio dei moduli fotovoltaici ai tetti vengono usate strutture di sostegno leggere in alluminio.
I pannelli fotovoltaici possono però anche essere installati sui terreni, nel caso si vogliano realizzare impianti di maggiori dimensioni. In questo caso si predilige l’utilizzo di strutture di sostegno in metallo, conficcate o avvitate nel terreno, o strutture con fondamenta in calcestruzzo.
La circolazione dell'aria attorno ai pannelli è importante al fine di impedirne il surriscaldamento.
Un altro fattore di cui tenere conto durante la progettazione di un impianto è il posizionamento dei moduli fotovoltaici. Il posizionamento incide sulla massimizzazione dell’irraggiamento solare, quindi dell’energia elettrica prodotta, indipendentemente dalla stagione. In molti casi sono utilizzati i Trackers, dispositivi che regolano automaticamente i pannelli fotovoltaici in modo da ottenere l'esposizione ottimale degli stessi al sole. I migliori risultati di conversione si ottengono quando vi è un orientamento ad angolo retto tra i raggi del sole e il pannello fotovoltaico.

La manutenzione dei moduli fotovoltaici

La manutenzione dei pannelli è semplice. La vita media di un impianto fotovoltaico è di circa trent'anni. Per un migliore rendimento dell’impianto fotovoltaico è necessario pulire le superfici di tanto in tanto. A questo proposito si raccomanda l’'uso di acqua e un sapone delicato per la rimozione di eventuali escrementi, detriti e sporcizia dalla superficie trasparente superiore. Consigliato è anche il rinforzamento delle cornici al fine di evitare oscillazioni. Infine è da effettuare il controllo del cablaggio sui pannelli per assicurare la corretta connettività.