Pannello fotovoltaico, come funziona

Come funziona un pannello fotovoltaico? Il funzionamento di un pannello solare, chiamato anche modulo fotovoltaico, permette di trasformare la luce solare in energia elettrica, attraverso il cosiddetto effetto fotovoltaico, senza emissioni di gas ad effetto serra. Di  vantaggi questa tecnologia ne ha davvero tanti, soprattutto a livello ambientale, come tanti sono ancora i miglioramenti che la ricerca dovrà apportare: in particolare in termini di efficienza e di costo.

Oggi i moduli con le migliori prestazioni arrivano a poco più del 20% di efficienza di conversione. L’efficienza di conversione è un indice che misura il rapporto tra irradiazione solare ricevuta dal pannello e la quantità di energia elettrica effettivamente prodotta.

Un singolo pannello fotovoltaico , grande mediamente 1 metro per 1 metro e mezzo (e spesso 2-3 cm), è in grado di produrre almeno 200 watt di potenza elettrica, e può produrre fino ad oltre 300 watt di potenza di picco. Dieci pannelli fv da 300 watt ciascuno collegati in serie faranno il classico impianto “standard” da 3 chilowatt di potenza di picco, in grado di produrre mediamente in Italia da 3.300 Kwh l’anno (nel nord Italia) fino a oltre 4.500 kwh l’anno (nel sud Italia).

Ma come è in grado di funzionare un pannello fotovoltaico?

Un pannello fotovoltaico funziona attraverso l’attività di più celle fotovoltaiche. Sono queste gli elementi primari in grado di innescare l’effetto fotovoltaico, la reazione fisica in grado di produrre energia attraverso il sole.

A tal proposito, una breve premessa.
Il sole irradia energia sulla Terra da diversi miliardi di anni fornendo in abbondanza luce e calore. Per avere un’idea: in meno di un’ora il sole invia sul Pianeta tanta energia quanta ne viene usata dall’intera popolazione mondiale in un anno. Si capisce quindi l’enorme potenziale che il sole mette a disposizione. Si stima che ogni metro quadrato della superficie solare irradia energia pari a quella producibile in un’ora con 6.300 litri di gasolio.

Senza addentrarci troppo in dettagli tecnici possiamo spiegare brevemente come funziona un pannello fotovoltaico. Come fa a produrre energia elettrica attraverso la luce del sole? Con quale meccanismo fisico?

Il processo di elettrificazione avviene all’interno delle celle solari che, collegate in serie, costituiscono il pannello fotovoltaico.

Le celle sono costituite da uno tra i materiali più presenti in natura: il silicio. Tecnicamente: il silicio di grado solare.

Cosa è il “silicio di grado solare”?

E’ il materiale oggi più utilizzato per la produzione delle celle fotovoltaiche ed è un componente che non esiste in natura in forma pura perchè reagisce con l’Ossigeno; lo si trova infatti in natura sotto forma di Ossido di Silicio o di altri composti tipo sabbia, quarzo, argilla. Il silicio viene estratto dalle miniere e deve essere reso puro attraverso specifici processi chimici. Il massimo grado di purezza, pari al 99,9%, è il silicio di grado solare. Quello adatto per l’industria del fotovoltaico.

Questo è un elemento dalle particolari caratteristiche elettriche: si tratta infatti di un materiale semiconduttore, ciò vuol dire che la sua conducibilità elettrica sta a metà strada tra quella tipica dei conduttori (ad es. i metalli) e quella nulla dei non-conduttori (tipo legno o plastica). La conducibilità elettrica di questo materiale può essere infatti variata “artificialmente” come conseguenza di un processo di “drogaggio” del materiale (aggiunta di cariche positive o negative).

Una cella fotovoltaica è costituita da due strati: uno strato drogato negativamente ed un’altro strato drogato positivamente. Il pannello, quando colpito dalla luce solare, i fotoni, genera per mezzo delle differenze di cariche una reazione fisica in grado di creare un campo elettrico in corrente continua.

Dal pannello fotovoltaico esce dunque corrente continua, che, per essere utilizzata dalle comuni utenze, deve essere convertita in corrente alternata attraverso l’inverter.

Ecco in sintesi il meccanismo fisico che sta alla base del funzionamento del pannello fotovoltaico. Grazie a questa reazione fisica ogni pannello è in grado di generare, partendo dai differenziali di carica tra due strati di silicio puro, corrente elettrica continua.