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Tecnologia

Che cos’è il fotovoltaico

 La tecnologia fotovoltaica consente di convertire direttamente l’energia luminosa in energia elettrica senza avere passaggi intermedi di conversione meccanica, come di solito accade nelle centrali elettriche tradizionali. Non avendo parti meccaniche in movimento, si tratta di una tecnologia aminor costo, priva di manutenzione, silenziosa e pulita (non vengono prodotti materiali di scarto durante il normale funzionamento dell’impianto). La conversione in energia elettrica dell’onda elettromagnetica irradiata dal Sole verso la Terra si basa sull' effetto fotoelettrico, ovvero sulla capacità di alcuni semiconduttori di generare corrente elettrica continua se esposti alla luce solare.

Perché il silicio

 Il silicio, sia per le sue proprietà fisiche di semiconduttore che per ragioni storico-economiche, rappresenta il materiale di riferimento per la realizzazione delle celle solari.  Le celle solari più diffuse sul mercato sono celle solari realizzate in silicio cristallino, materiale in cui gli atomi sono posizionati ai vertici di un reticolo tridimensionale. La struttura ordinata del materiale permette agli elettroni, e quindi alla corrente, di incontrare minori ostacoli, consentendo a queste celle di generare corrente con le minori perdite possibili. L’ efficienza delle celle, nel convertire l’energia solare in energia elettrica, è fortemente legata alla tecnologia con cui queste celle sono state realizzate e alla purezza delle materie prime, ovvero alla qualità delle stesse.   

- Il silicio cristallino si distingue in : 

      - Silicio monocristallino : il reticolo è unico; la superficie della cella si presenta di colore scuro ed uniforme.

      - Silicio policristallino : il reticolo è un insieme di sottoreticoli accorpati; la superficie della cella ha un colore    tendente al blu con dei riflessi iridescenti.

 

La Cella Solare

La struttura base della cella solare cristallina è rimasta invariata negli anni ed è quella rappresentata in figura (Principio di funzionamento della Cella Solare). L’elemento attivo in grado di convertire l’energia solare in energia elettrica è rappresentato da un doppio strato di silicio cristallino costituito da uno strato di semiconduttore drogato p e da uno strato drogato n. Questa coppia di strati è detta giunzione p-n ed è la stessa su cui si basano i diodi, i led e i comuni transistor. All’interno della giunzione si ha la generazione di elettroni utili al flusso di corrente. Il silicio da solo non è in grado di mettere a disposizione questi elettroni per il flusso di corrente ma necessita di contatti metallici che li convoglino verso l’esterno. La superficie inferiore viene coperta completamente da un materiale conduttivo, in genere alluminio o una lega di alluminio e argento, in quanto sul retro della cella non incide la radiazione. Sulla superficie frontale della cella, su cui incide la radiazione solare, si ha una griglia di contatti la cui struttura è un compromesso tra efficienza nella raccolta di elettroni e minima superficie oscurata. Sulla superficie della cella viene depositato un ulteriore strato di materiale antiriflesso in grado di massimizzare la trasmissione della luce solare verso la zona attiva.

 

Il Modulo

La cella è in grado di  generare una potenza di qualche Watt per cui si rende necessario collegarle in serie e/o parallelo per aumentare la potenza a disposizione. La possibilità di assemblare celle per ottenere potenze utili rappresenta uno dei vantaggi di questa tecnologia, flessibile alle esigenze di utilizzo. Le celle vengono collegate tra loro a formare delle stringhe. Queste stringhe devono essere protette sia dal punto di vista elettrico che dal punto di vista meccanico per cui sono necessari altri materiali per la realizzazione del modulo:

1) Vetro

2) Materiale incapsulante (EVA)

3) Strato posteriore (TPT)

4) Cornice in alluminio

5) Scatola di giunzione

 

Producibilità

  L’energia generata da un impianto fotovoltaico dipende fondamentalmente dai seguenti parametri:

      - sito di installazione : quindi da parametri come latitudine, radiazione solare disponibile, tempreratura,  riflettanza della superficie antistante i moduli;

      - esposizione dei moduli: angolo di inclinazione e angolo di orientazione;

      - ombreggiamenti o insudiciamenti del generatore fotovoltaico;

      - caratteristiche dei moduli: potenza nominale, coefficiente di temperatura, perdite per disaccoppiamento o  mismatch;

      - caratteristiche del BOS: efficienza inverter, perdite nei cavi e cadute sui diodi.

 La produzione di energia elettrica attesa dallo stesso impianto fotovoltaico varia anche con le caratteristiche del piano in cui sono posizionati i moduli fotovoltaici. Nel caso di superfici non orizzontali, ma posizionate in maniera ottimale rispetto alla radiazione solare, i valori di radiazione solare medi annui possono essere incrementati del 15%; per facciate non esposte a sud i valori di radiazione solare risultano ridotti anche del 30%. Sfruttando sistemi ad inseguimento solare, i valori di radiazione solare media annua sul piano di captazione risultano incrementati:

      - del 15-20% nel caso di inseguimento monoassiale (Est-Ovest)

      - del 25-35% nel caso di inseguimento biassiale.

 

Impianti Stand-Alone

Gli impianti fotovoltaici, se non connessi alla rete elettrica locale o nazionale, prendono il nome di impianti     Off-Grid o Stand-Alone. L'energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico Stand-Alone viene immagazzinata durante i periodi di sovraproduzione per poi essere utilizzata quando viene richiesta.

Le componenti fondamentali di un impianto fotovoltaico Stand-Alone sono:

- Campo fotovoltaico

- Quadro di campo

- Regolatore di carica

- Accumulo elettrochimico

- Inverter

Gli impianti ad isola trovano applicazione soprattutto nei Paesi in via di sviluppo, in località isolate o in quei luoghi con vincoli ambientali dove non è possibile collegarsi alla Rete nazionale. Spesso si ricorre a soluzioni “ibride” nelle quali alla generazione fotovoltaica si affiancano generazioni di altro tipo (gruppo Diesel, eolico, miniidroelettrico...).

I maggiori utilizzi dei sistemi Stand-Alone sono:

Corrente continua:

- pompaggio di piccole quantità d’acqua per uso sanitario, agricolo, zootecnico

- alimentazione ripetitori telefonici e radio

- carica batterie per imbarcazioni

- camper, roulotte, campeggi

- lampioni fotovoltaici

- segnalazioni marittime (fari, boe)

- segnalazioni stradali, segnapasso


Corrente alternata:

- alimentazione di rifugi alpini

- alimentazione di seconde case

- alimentazione di villaggi o comunità isolate

Gli impianti ad isola non possono partecipare agli incentivi del Conto Energia.

 

Marchi

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