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Effetto fotovoltaico
Il principio sul quale si basa il fenomeno è il seguente: se una radiazione luminosa colpisce un materiale (sia esso isolante, conduttore o semiconduttore), in certe condizioni, essa può conferire agli elettroni del suo strato più esterno un’energia tale da spezzare il legame che li tiene attaccati agli atomi e di conseguenza farli allontanare. La mancanza dell’elettrone genera nell’atomo una carica positiva, detta lacuna. L’energia minima necessaria per creare tale lacuna deve essere tale da permettere all’elettrone di passare dalla banda di valenza (livello energetico basso) a quella di conduzione (livello energetico alto) e di conseguenza deve essere superiore alla banda proibita del materiale (il gap tra i due livelli). A differenza dei materiali isolanti e conduttori, per i quali il livello di tale gap è rispettivamente troppo elevato o troppo basso, i materiali semiconduttori come il silicio presentano una banda proibita tale da permettere la creazione di un numero di lacune appropriato per la generazione di corrente elettrica. Per essere più chiari, i semiconduttori sono adatti per questa funzione. Negli isolanti invece occorrerebbero livelli di energia troppo elevati per liberare l’elettrone e, viceversa, nei conduttori basterebbero livelli di energia minimi per determinare una continua creazione di lacune. Capito questo, è interessante chiedersi come si crei la corrente elettrica. Ebbene, per ottenere un passaggio di corrente nel momento in cui la radiazione luminosa colpisce il materiale è necessario creare un campo elettrico all’interno del materiale. Ciò si ottiene drogando il semiconduttore, vale a dire caricandone positivamente uno strato e negativamente l’altro (utilizzando rispettivamente atomi di boro e di fosforo). Lo strato a carica negativa si indica con N, mentre l’altro, a carica positiva, con P e la zona di separazione è detta giunzione P-N. Mettendo a contatto i due strati si genera un flusso di elettroni dalla zona N alla zona P, al quale consegue una situazione di equilibrio elettrostatico in cui si avrà un eccesso di carica positiva in N e di carica negativa in P: il risultato è un campo elettrico. Quando la luce colpisce la giunzione dalla parte N si creano delle coppie elettrone-lacuna sia nella zona N che nella zona P. Il campo elettrico permette di dividere gli elettroni in eccesso dalle lacune e spingerli in direzioni opposte. Un circuito esterno permette di raccogliere la corrente così generata.

Struttura e funzionamento di una cella fotovoltaica

Home / Il Pannello Fotovoltaico
Il pannello fotovoltaico
Come funziona un pannello fotovoltaico
Le tecnologie fotovoltaiche realizzano la conversione della radiazione solare in energia elettrica, senza l'utilizzo di combustibili fossili e la conseguente emissione di gas serra. Il termine stesso deriva da photo, in greco luce, e Volt, unità di misura del potenziale elettrico.

Il pannello fotovoltaico, più propriamente detto modulo, è costituito da un numero variabile di celle collegate tra loro. Ogni cella, formata da strati congiunti e sovrapposti di materiale semiconduttore (il più diffuso è il silicio, elemento presente in abbondanza in natura), realizza l’effetto fotovoltaico.

Tutto ciò avviene in ogni singola cella fotovoltaica (tipicamente dalla forma quadrata e di lato 10cm), la cui efficienza è definibile come il rapporto percentuale tra energia convertita in elettricità ed energia incidente. Collegate tra loro, le celle formano il modulo, la cui stabilità e copertura vengono garantite da una base di materiale plastico, una cornice di alluminio e una fibra di vetro nella parte superiore.

Un sistema fotovoltaico presenta ulteriori componenti necessari per trasferire l'elettricità prodotta all'utenza, comunemente definiti come BOS (Balance of System). Uno dei componenti più importanti del sistema è l'inverter, dispositivo che permette la conversione della corrente continua in uscita dal generatore in corrente alternata, pronta per l'utilizzo domestico, commerciale ed industriale.

I moduli fotovoltaici possono essere installati su qualsiasi superficie di un immobile (tetto, facciata o terrazzo) o direttamente sul terreno. L'installazione stessa deve essere concepita alla luce dello spazio disponibile e di una corretta inclinazione ed esposizione della superficie dei moduli stessi.
Le applicazioni
Gli impieghi di un impianto fotovoltaico sono essenzialmente due: i sistemi isolati e quelli collegati alla rete.

I sistemi fotovoltaici isolati forniscono elettricità laddove le utenze non sono collegate alla rete elettrica e quindi zone montane e agricole in primis. Vengono utilizzati anche per l’illuminazione pubblica e la segnaletica stradale.

Sistema fotovoltaico isolato utilizzato per l’illuminazione pubblica

I sistemi fotovoltaici collegati alla rete alimentano l’impianto elettrico della casa lavorando in un continuo regime di interscambio con la rete elettrica locale. Durante le ore di luce l’impianto fotovoltaico produce elettricità destinata alle utenze domestiche e la produzione elettrica in eccesso viene immessa nella rete. Al contrario, di notte o quando il cielo è nuvoloso e la quantità di elettricità prodotta non è sufficiente, è la rete elettrica ad alimentare la casa. Tale flusso bidirezionale viene gestito mediante l’utilizzo di due distinti contatori, uno in entrata ed uno in uscita.

Classico esempio di sistema fotovoltaico residenziale collegato alla rete