Come è fatto un impianto fotovoltaico

Sentire parlare di “impianto fotovoltaico” oggi non è più una novità. Solo fino a qualche anno fa era una tecnologia sconosciuta ai più e c’era molta diffidenza, soprattutto per la questione dei costi elevati della tecnologia.
Oggi invece si possono notare moltissimi impianti fotovoltaici sui tetti di moltissimi edifici. Molti parlano di fotovoltaico, ma non tutti sanno come è fatto un impianto.

Come è fatto un impianto fotovoltaico?

Un impianto fotovoltaico è fatto da due componenti principali: i pannelli fotovoltaici e l’ inverter fotovoltaico.
Qui vediamo il funzionamento dei primi.

I pannelli fotovoltaici

La componente elementare del pannello fotovoltaico è la cella fotovoltaica all’interno della quale avviene la conversione della radiazione solare in energia elettrica.

Ecco come è fatta una cella solare: un sottile strato di materiale semi-conduttore, in genere silicio di grado solare, di meno di mezzo millimetro di spessore. In gergo tecnico si dice che il silicio viene “drogato”. Ciò vuol dire che vengono aggiunti atomi che, per effetto di diverse intensità di elettroni, generano un campo elettrico se colpiti dai raggi del sole.

Come è fatto il modulo fotovoltaico

Guarda da dove arriva il silicio dei pannelli fotovoltaici.

Ciò che avviene è chiamato effetto fotovoltaico.

L’effetto fotovoltaico si realizza quando un elettrone presente in un materiale semiconduttore (in genere silicio) viene colpito da un fotone (energia luminosa). La corrente generata dalla cella fotovoltaica è tanto maggiore quanto più è estesa la superficie colpita dai raggi solari. Nonostante ciò, non tutta l’energia solare che colpisce la cella viene convertita in energia elettrica: solo il 13-14% dell’energia solare viene convertita in energia elettrica utilizzabile.
Ecco perchè l’efficienza dei moduli fotovoltaici è in genere del 13-14%.

Quanta energia produce una singola cella fotovoltaica?

Nelle condizioni di funzionamento standard (cioè irraggiamento di 1 kw/mq e temperatura di 25 gradi C.) la cella solare produce corrente per circa

• 3 Ampère
• 0,5 Volt di tensione
• 1,5 – 1,7 watt di potenza di picco

Sul mercato si trovano in genere moduli fotovoltaici composti da 36 celle collegate in serie su 4 file parallele. Ogni modulo ha una superficie che va da mezzo a un metro quadrato e più moduli  collegati fra loro formano il comune pannello fotovoltaico.

Più pannelli collegati elettricamente fra loro formano una stringa e più stringhe collegate in parallelo formano il campo o “generatore” fotovoltaico.

Nei moduli le celle fotovoltaiche non sono tutte identiche fra loro a causa delle ineliminabili difformità di fabbricazione, pertanto due blocchi di celle collegate fra loro possono avere tensioni differenti. La diversità di rendimento dei moduli può essere causata anche da altri fattori quali: deterioramento dei pezzi o ombreggiamenti che possono spesso compromettere il rendimento dell’intero pannello (per questo motivo si utilizzano i “diodi di bypass” sistemi per bypassare il malfunzionamento di singole celle).

Le celle fv che formano il modulo sono incapsulate con un sistema di assemblaggio che le isola verso l’esterno, le protegge dagli agenti atmosferici, le protegge dai raggi ultravioletti, dalle basse temperature, dall’abrasione. La struttura del modulo, inoltre, è tale da smaltire agevolmente il calore che ne compromette il rendimento.

Ecco le singole componenti di un modulo standard:

• lamina di protezione di vetro temprato sulla faccia superiore del pannello. La qualità della componente è data dalla elevata trasparenza;
• strato di EVA (Vinil Acetato di Etilene) trasparente per l’incapsulamento delle celle per evitare il contatto diretto vetro-cella;
• uno strato di vetro metallo o plastica per il supporto posteriore del pannello;
• una cornice di alluminio che racchiude il tutto (telaio).

Nei moduli in silicio cristallino per collegare le celle vengono utilizzati contatti metallici saldati dopo la realizzazione delle celle. Nei pannelli a film sottile il collegamento elettrico anteriore rientra nel processo stesso di produzione della cella.

Leggi ulteriori informazioni sui pannelli fotovoltaici a film sottile.