Come Funzionano i Pannelli Fotovoltaici?

Come funzionano i pannelli fotovoltaici?

Probabilmente hai visto pannelli solari sui tetti in tutto il tuo quartiere, ma sai come funzionano effettivamente per generare elettricità? In questo articolo, daremo un’occhiata a cos’è una cella solare fotovoltaica: la tecnologia alla base di un pannello solare che consente di creare energia dal sole. Capiremo finalmente come funzionano esattamente i pannelli fotovoltaici.

Le celle solari producono energia in tre fasi

Una cella solare fotovoltaica (FV) trasforma la luce solare in elettricità utilizzabile in tre fasi generali:

  • La luce viene assorbita e rilascia elettroni
  • Gli elettroni sciolti fluiscono, creando una corrente
  • La corrente viene catturata e trasferita ai fili

L’effetto fotovoltaico è un processo complicato, ma questi tre passaggi sono il modo fondamentale in cui l’energia del sole si converte in elettricità dalle celle solari.

Le celle solari fotovoltaiche sono gli elementi costitutivi dei pannelli solari

Un pannello solare è composto da sei diversi componenti, ma probabilmente il più importante è la cella fotovoltaica, che in realtà genera elettricità. La conversione della luce solare in energia elettrica da parte di una cella solare è chiamata “effetto fotovoltaico“, ecco perché ci riferiamo alle celle solari come “fotovoltaico”.

Una cella fotovoltaica

Le celle solari fotovoltaiche generano elettricità assorbendo la luce solare e utilizzando tale energia luminosa per creare una corrente elettrica. Ci sono molte celle fotovoltaiche all’interno di un singolo pannello solare e la corrente creata da tutte le celle insieme si somma e diventa elettricità sufficiente per alimentare la tua casa. Un pannello standard utilizzato in un sistema residenziale sul tetto avrà 60 celle collegate tra loro. Le installazioni solari commerciali spesso utilizzano pannelli più grandi con 72 o più celle fotovoltaiche.

Quanti tipi di pannelli fotovoltaici esistono?

Esistono due tipi principali di celle solari utilizzate oggi: monocristalline e policristalline. Sebbene ci siano altri modi per realizzare celle solari (ad esempio celle a film sottile o celle organiche), le celle solari monocristalline e policristalline sono di gran lunga le opzioni residenziali e commerciali più comuni.

Una cella solare monocristallina è costituita da un singolo cristallo di silicio. D’altra parte, le celle policristalline sono realizzate fondendo insieme molti frammenti di cristalli di silicio. Questo porta a due fattori chiave di differenziazione tra mono-cellule e poli-cellule. In termini di efficienza, le celle solari monocristalline sono generalmente superiori alle loro controparti policristalline. Ciò è dovuto all’uso di un singolo cristallo di silicio allineato, con conseguente flusso più facile per gli elettroni generati attraverso l’effetto fotovoltaico. Le celle policristalline hanno frammenti di silicio allineati in molte direzioni diverse, il che rende il flusso di elettricità leggermente più difficile. Tuttavia, i pannelli solari realizzati con celle solari policristalline sono generalmente meno costosi rispetto alle opzioni monocristalline. Questo perché il processo di produzione di una cella policristallina è più semplice e richiede meno processi specializzati.

In che modo una cella solare fotovoltaica genera elettricità?

Effetto fotovoltaico

Le celle fotovoltaiche, attraverso l’effetto fotovoltaico, assorbono la luce solare e generano corrente elettrica. Questo processo varia a seconda del tipo di tecnologia solare, ma ci sono alcuni passaggi comuni a tutte le celle solari fotovoltaiche.

Fase 1: la luce viene assorbita dalla cella fotovoltaica e rilascia gli elettroni

In primo luogo, la luce colpisce una cella fotovoltaica e il materiale semiconduttore di cui è composta (solitamente silicio) la assorbe. Questa energia luminosa in entrata fa sì che si rilascino gli elettroni nel silicio, che alla fine diventeranno l’elettricità solare che puoi usare nella tua casa.

Fase 2: gli elettroni iniziano a fluire, creando una corrente elettrica

Ci sono due strati di silicio utilizzati nelle celle fotovoltaiche, e ognuno è appositamente trattato, o “drogato”, per creare un campo elettrico, il che significa che un lato ha una carica netta positiva e uno ha una carica netta negativa. Questo campo elettrico fa fluire gli elettroni liberi in una direzione attraverso la cella solare, generando una corrente elettrica.

Fase 3: la corrente elettrica viene catturata e combinata con altre celle solari

Una volta che si genera corrente elettrica grazie agli elettroni liberi, le piastre metalliche sui lati di ciascuna cella solare raccolgono quegli elettroni e li trasferiscono ai fili. A questo punto, gli elettroni possono fluire come elettricità attraverso il cablaggio a un inverter solare e quindi in tutta la casa.

Quanto produce un pannello fotovoltaico?

Una cella fotovoltaica da sola non può produrre elettricità utilizzabile sufficiente per più di un piccolo gadget elettronico. Al fine di produrre la quantità di energia di cui una casa potrebbe aver bisogno, le celle solari sono cablate insieme per creare pannelli solari. Un tipico pannello solare residenziale con 60 celle fotovoltaiche combinate potrebbe produrre ovunque da 220 a oltre 400 watt di potenza.

A seconda di fattori come la temperatura, le ore di luce solare e l’uso di elettricità, i proprietari di immobili avranno bisogno di quantità variabili di pannelli solari per produrre energia sufficiente. Indipendentemente da ciò, l’installazione di un sistema di pannelli solari includerà probabilmente diverse centinaia di celle solari fotovoltaiche che lavorano insieme per generare corrente elettrica.

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Domenico Buoniconti

Domenico Buoniconti

Astrofisico e Global Change Ecologist, studio con grande passione le energie rinnovabili per avere, giorno dopo giorno, un quadro sempre più chiaro del mercato energetico e di tutte le tecnologie pronte ad imporsi nel prossimo futuro.
Domenico Buoniconti

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Astrofisico e Global Change Ecologist, studio con grande passione le energie rinnovabili per avere, giorno dopo giorno, un quadro sempre più chiaro del mercato energetico e di tutte le tecnologie pronte ad imporsi nel prossimo futuro.

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