Centro di Ecologia e Climatologia - SPORTELLO ENERGIA

Solare - Fotovoltaico

Cos'è

La tecnologia Solare – Fotovoltaica per la produzione di energia elettrica sfrutta le capacità che alcuni elementi semiconduttori, opportunamente trattati, hanno di trasformare l’energia contenuta nella radiazione solare quando vengono colpiti di questa (Effetto Fotovoltaico).

L’elemento utilizzato per lo sviluppo di questa tecnologia è il Silicio (nelle sue varie forme) trattato e disposto su opportuni supporti a formare le cosiddette Celle Fotovoltaiche, costituite da due strati sottili di silicio collegati tra loro e ricoperti da un rivestimento antiriflesso.

Quando la cella viene colpita dai raggi del sole si genera un campo elettrico nel punto di giunzione dei 2 semiconduttori, continuamente alimentato dal fluire delle cariche negative rese disponibili per eccitazione degli elettroni di valenza del silicio grazie all’energia fornita dalla radiazione solare. Collegando con un circuito esterno i due strati di semiconduttore si dà origine ad una circolazione di corrente continua.

La cella fotovoltaica, generalmente di forma quadrata con angoli smussati, riveste mediamente una superficie di circa 150 cm2: l’unione di più celle FV forma i moduli fotovoltaici (pannelli) che, collegati tra loro, formano un vero e proprio impianto per la produzione di energia elettrica.

Tecnologie disponibili

La continua ricerca nel campo della produzione di energia elettrica mediante tecnologia fotovoltaica ha portato alla realizzazione di moduli di nuova generazione che, in funzione del tipo di semiconduttore e delle condizioni di “drogaggio”, possono fornire elevate performances in termini di efficienza.

  • Celle Fotovoltaiche in Silicio monocristallino: questo tipo di celle vengono ricavate dal taglio di un lingotto di Silicio puro, sono generalmente di forma quadrata o pseudoquadrata e sono caratterizzate da un'omogenea colorazione blu scuro, grigio o nero. Questa tipologia di celle è la più costosa ma garantisce le prestazioni più elevate.
  • Celle fotovoltaiche in Silicio policristallino: attraverso processi di fusione vengono colati blocchi di silicio in cui la distribuzione atomica dei cristalli non viene rigidamente controllata. Questi blocchi o cilindri vengono poi tagliati a dischetti. Le celle di silicio policristallino sono generalmente di forma pseudoquadrata o circolare e sono caratterizzate da una superficie disomogenea e cangiante, generalmente di un vivo colore blu. Il costo di produzione è minore rispetto alle celle in silicio monocristallino, ma minore è anche il rendimento.
  • Celle fotovoltaiche in Silicio amorfo: si ottengono tramite la deposizione catodica di atomi di silicio gassificati o bagno elettrolitico in particolari condizioni su una superficie generalmente di vetro o ceramica. Questo tipo di cella ha il rendimento stabilizzato minore (5 ÷ 8%), ma si adatta bene alle condizioni di irraggiamento diffuso (cielo coperto). Non avendo precisi vincoli geometrici, legati ai processi costruttivi, possono essere realizzate nelle forme e dimensioni più disparate (circolari, ottagonali, irregolari e persino convesse o in lunghe stringhe). Le celle in silicio amorfo sono riconoscibili da un colore omogeneo che va dal marrone al nero scuro.
  • Celle fotovoltaiche Ibride HIT: nascono dalla combinazione sullo stesso supporto di uno strato cristallino (mono o poli) con uno amorfo. I due strati combinati portano ad una resa elevata (18 %) e costanza nel tempo alle diverse condizioni di insolazione. Lo svantaggio è legato all'alto costo industriale di produzione.

Attualmente, la ricerca è proiettata verso celle fotovoltaiche CIS (al Diseleniuro di Cadmio), celle fotovoltaiche al CdTe (Telluriuro di Cadmio), celle fotovoltaiche a pigmento fotosensibile (una sostanza organica con un principio simile alla fotosintesi clorofilliana delle piante).

Il Pannello Fotovoltaico, costituito da più celle FV elettricamente collegate tra loro, è in grado di fornire una potenza elettrica "nominale" mediamente compresa tra i 5 e i 300 W . Le dimensioni dipendono, ovviamente, dal numero di celle interconnesse e generalmente sono racchiusi da profili metallici e inseriti sotto lastre di vetro speciale dotato di film protettivo antiriflesso.

Composizione di un impianto fotovoltaico

La realizzazione di un impianto fotovoltaico prevede l’installazione di:

  • Pannello FV con supporto orientato nella direzione di massima esposizione solare (Sud)
  • INVERTER per la trasformazione della corrente continua prodotta dal pannello in corrente alternata.
  • Quadro elettrico per la gestione del flusso energetico.
  • Contatore bidirezionale per il computo dell’energia prelevata e/o immessa in rete (se allacciato).
  • Accumulatori (negli impianti autonomi) per il prelievo di energia nelle ore notturne.

Gli impianti possono essere distinti tra impianti allacciati alla rete e non:

  • GRID CONNECTED”: sono da ritenersi più pratici e vantaggiosi in quanto non necessitano di accumulatori, caratterizzati da costi elevati e vita media limitata nel tempo.
  • STAND ALONE”: trovano applicazione nei luoghi non serviti dalla rete, sono autonomi e dotati di accumulatori, vengono dimensionati in base alle necessità di prelievo.

Indipendentemente dal collegamento alla rete elettrica, l’obiettivo è quello di ottenere dall’impianto il massimo rendimento che dipende dal grado di irraggiamento e dall’angolo d’incidenza della superficie del pannello: per tale motivo, oltre ai supporti fissi sui quali installare i pannelli sono disponibili dei supporti mobili (Inseguitori Solari) che orientano in maniera dinamica i pannelli nella direzione di massimo irraggiamento garantendo in tal modo un aumento del 30% circa la produzione giornaliera di energia elettrica.

Applicabilità

L’impianto fotovoltaico può essere installato a terra o collocato sul tetto degli edifici (in maniera integrata o semintegrata) rispettando alcune regole fondamentali di posa in opera affinché ne sia garantito il corretto funzionamento:

  • Inclinazione dei pannelli verso Sud per ottenere il massimo irraggiamento solare.
  • Assenza di ombreggiamento sui pannelli dovuto ad alberature o elementi architettonici (camini, muretti, edifici circostanti, ecc..)
  • Collegamento alla rete elettrica in Bassa Tensione per impianti domestici fino 20/80 kWp
  • Collegamento alla rete in Media Tensione per grandi impianti di produzione (officine elettriche)

Con D.G.R. n. 1756 del 06/12/2010, la Regione Marche ha individuato le aree non idonee per l’installazione di impianti fotovoltaici a terra.

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