Impianti fotovoltaici

Sono impianti che sfruttano l’energia solare (fotoni) convertendola direttamente in energia elettrica. Sono impianti “modulari”: l’unità fondamentale è detta cella fotovoltaica, generalmente di forma quadrata e superficie di 100 cm², funzionante come una batteria. Le celle sono raggruppate in elementi commerciali unitari detti moduli (mediamente hanno una superficie di 0,5 m²), che una volta collegati prima in serie (stringhe) e poi in parallelo danno luogo al generatore fotovoltaico. I moduli montati su strutture di sostegno sono detti pannelli, vengono orientati lungo l’asse Est-Ovest e inseguono il moto apparente del sole ruotando attorno al loro asse.

La produzione di energia elettrica sotto forma di corrente continua avviene nella cella fotovoltaica, che può essere descritta come un “foglio” di spessore molto piccolo, generalmente di silicio, le cui proprietà elettriche vengono modificate tramite l’impiego di sostanze “droganti”, che cioè si inseriscono tra gli atomi di silicio modificandone la struttura chimica e di conseguenza il “comportamento elettrico”.

La faccia esposta al raggio solare viene drogata generalmente con piccole quantità di fosforo, mentre la faccia opposta viene drogata con atomi di boro. Questa procedura permette di realizzare in uno spessore piccolissimo (0,25 mm – 0,35 mm) una vasta superficie di contatto (detta ‘giunzione’) tra due strati (le due facce del foglio) aventi potenziale elettrico diverso: permette cioè di generare una differenza di potenziale fra le due facce esterne del foglio. La zona compresa tra le due facce (e quindi la giunzione) diventa sede di un forte campo elettrico. A questo punto, quando la parte esterna (cioè esposta alla radiazione solare) della cella fotovoltaica viene colpita da un fotone si genera un flusso di elettroni, e quando la cella è collegata ad un utilizzatore queste cariche danno luogo ad una circolazione di corrente elettrica.

La corrente elettrica aumenta all’aumentare della radiazione incidente. Alle nostre latitudini, ad una temperatura di 25°C, una cella fotovoltaica di 100 cm² produce una potenza di picco pari a 1,5 Wp.
Va tenuto presente che la cella fotovoltaica assorbe solo quei fotoni aventi una energia superiore ad un valore minimo.
Anche se la ricerca scientifica in questo settore sta lavorando molto sia sull’aumento dell’efficienza della conversione (il rendimento di conversione della cella fotovoltaica è circa 12%-17%) sia sulla ricerca di materiali meno costosi, questi impianti che sfruttano una fonte energetica inesauribile sono estremamente promettenti.