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Testo di Paola Rochira
La conversione della radiazione solare in una corrente di elettroni avviene nella cella fotovoltaica, un dispositivo costituito da una sottile fetta di materiale semiconduttore, molto spesso silicio, opportunamente trattata. Tale trattamento è caratterizzato da diversi processi chimici, tra i quali si hanno i cosiddetti drogaggi.
Inserendo nella struttura cristallina del silicio delle impurità , cioè atomi di boro (regione P a carica positiva) e fosforo (regione N a carica negativa), si genera un campo elettrico e si rendono disponibili le cariche necessarie alla formazione di corrente continua. Questa si crea quando la cella è esposta alla radiazione solare in corrispondenza dell'area di giunzione ed è tanto maggiore quanto maggiore è l'intensità della luce incidente.
La cella può assumere diverse forme e misure e può essere realizzata in vari materiali, anche se l'80% della produzione è costituita da celle in silicio mono e policristallino.
Sono state fissate convenzionalmente alcune condizioni standard in modo da valutare l'efficienza delle celle e poter confrontare le prestazioni dei diversi pannelli:
- intensità della radiazione solare: 1000 W/m2 ;
- temperatura della cella: 25°C;
- spettro solare: AM 1,5.
La potenza così ottenuta dalla cella fotovoltaica si esprime in Watt di picco (Wp), che si pone come unità di misura teorica per la potenza fotovoltaica. Il parametro più importante per caratterizzare una cella fotovoltaica è comunque la sua efficienza rappresentata dal rapporto tra la potenza massima che si ottiene dalla cella (P max) e la potenza totale della radiazione incidente sulla sua superficie frontale.
Di tutta l'energia che investe la cella solare sotto forma di radiazione luminosa, solo una parte viene convertita in energia elettrica disponibile ai suoi morsetti. L'efficienza di conversione per celle commerciali al silicio è in genere compresa tra il 13 % e il 17%, mentre realizzazioni speciali di laboratorio hanno raggiunto valori del 32,5%.
Le celle fotovoltaiche hanno solitamente una colorazione blu scuro, derivante da un rivestimento antiriflettente (ossido di titanio), molto importante per ottimizzare la captazione dell'irraggiamento solare. Richiedendo colori differenti, che si possono ottenere variando lo spessore del rivestimento antiriflettente, si verificano sostanziali perdite di efficienza: ad esempio le celle grigie perdono tra il 30 e il 40 % del rendimento.
Nel caso del silicio mono e policristallino il livello di efficienza è sensibile all'aumento di temperatura delle celle. Questa, infatti, ostacola il passaggio degli elettroni nel semiconduttore provocando un decadimento delle prestazioni elettriche del dispositivo, per questo è opportuno prevedere, ove possibile, la realizzazione di un'intercapedine per il passaggio dell'aria dietro ai moduli, per favorirne il raffreddamento.
Le celle vengono assemblate in modo opportuno a costituire un'unica struttura: il modulo fotovoltaico. Moduli oggi molto comuni sono costituiti da 36 celle in serie con una potenza variabile tra i 50 e gli 80 Wp, a seconda del tipo e dell'efficienza delle celle, e tensione di lavoro di circa 17 Volt. Per ottenere i moduli, le celle vengono collegate e saldate tra loro mediante terminali sui contatti anteriori e posteriori (in sequenza N-P-N-P-N...) in modo da formare le stringhe.
Si realizza così un sandwich avente come parte centrale il piano della cella e intorno, andando dall'esterno verso l'interno, una lastra di fibra di vetro dotata di ottima trasmittanza e buona resistenza meccanica, seguita da un foglio sigillante di EVA (acetato vinil-etilenico) che permette l'isolamento dielettrico dell'adiacente piano delle celle, seguito posteriormente da un secondo foglio di EVA e da un'altra lastra di vetro o un rivestimento isolante in tedlar.
Il sandwich è quindi scaldato in un forno a circa 100°C, temperatura alla quale i componenti si sigillano tra loro, l'EVA passa da traslucido a trasparente e viene eliminata l'aria residua interna, che potrebbe provocare corrosione a causa del vapor acqueo presente.
Si fissa infine il sandwich così trattato in una cornice d'alluminio estruso anodizzato (per resistere alla corrosione) e si dispone la cassetta di giunzione per i collegamenti elettrici necessari per l'installazione. Per ottenere la potenza richiesta, si combinano tra di loro i moduli con criteri impiantistici ben precisi. Più moduli collegati fra loro in serie formano una stringa, più stringhe connesse fra loro in parallelo formano il generatore fotovoltaico vero e proprio.
Gli impianti fotovoltaici possono essere isolati o connessi in rete, questi ultimi si dividono in centrali fotovoltaiche, il cui dimensionamento è dell'ordine di 12-20 m² per ogni kWp installato, e in impianti integrati negli edifici.
Fonti:
A. Magrini e D. Ena, Tecnologie solari attive e passive. Pannelli fotovoltaici e applicazioni integrate in edilizia, EPC Libri, Quaderni per la progettazione, Roma 2002
http://www.minambiente.it
http://www.enerpoint.it
Si rimanda alla consultazione diretta del testo e dei siti su citati per una migliore conoscenza sull'argomento. |
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