Mettere tutto insieme: le parti principali di un sistema solare fotovoltaico

I sistemi solari fotovoltaici sono uno degli esempi di tecnologia rinnovabile più ampiamente considerati e installati al mondo. Ma per alcuni, il modo in cui funzionano effettivamente potrebbe essere qualcosa di misterioso, quasi magico.

Ma in realtà non è necessario che lo sia. Il modo esatto in cui funzionano e cosa costituisce un sistema fotovoltaico è in realtà piuttosto interessante.

Quindi, se ti sei mai chiesto cos'è effettivamente un sistema solare fotovoltaico, o come funziona, allora abbiamo realizzato una breve guida per aiutarti ad apprendere le nozioni di base.

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In parole povere, i pannelli solari fotovoltaici convertono la luce solare in elettricità attraverso un processo noto come effetto fotovoltaico (PV). Strettamente correlato all'effetto fotoelettrico, l'effetto fotovoltaico fu dimostrato per la prima volta già alla fine degli anni '30 dell'Ottocento da Edmond Becquerel.

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Becquerel notò che quando le lastre di platino o d'oro venivano immerse in soluzioni acide, neutre o alcaline ed esposte alla radiazione solare, si poteva generare una piccola corrente elettrica. Poco dopo, intorno al 1880, Charles Fritts riuscì a sviluppare la prima vera cella solare realizzata in selenio ricoperto da un sottile strato d'oro.

Anche se questo pannello funzionava, aveva un’efficienza molto bassa.

I moderni pannelli solari funzionano quando i fotoni della luce solare liberano gli elettroni dagli atomi, generando un flusso di elettricità. I pannelli sono in realtà costituiti da unità più piccole chiamate celle fotovoltaiche. Queste celle solari sono un sandwich di semiconduttori realizzati in silicio "drogato" con altri materiali.

Boro o indio vengono solitamente aggiunti a uno strato, conferendogli una carica positiva. In sostanza, l'aggiunta di un atomo di boro a un gruppo di atomi di silicio crea un "buco", uno spazio che sarebbe occupato da un elettrone nel silicio puro. Questo è chiamato drogaggio di tipo p o semiconduttore di tipo p (p sta per positivo). L'altro strato è solitamente drogato con fosforo o arsenico, che aggiunge elettroni extra, o una carica negativa, a quello strato (questo è chiamato drogaggio di tipo n, o semiconduttore di tipo n, per negativo).

L’inserimento dei due strati crea un campo elettrico nella giunzione, chiamata giunzione pn. Quando esposti alla luce, all'interno di questa giunzione viene generato un campo elettrico poiché gli elettroni assorbono energia dai fotoni e si liberano dal loro atomo "genitore".

Questo processo lascia un "buco" nei legami di valenza del materiale da cui è fuoriuscito l'atomo. A causa del campo elettrico preesistente nella giunzione pn, questi elettroni e "buchi" si muovono in direzioni opposte: l'elettrone sul lato n e il "buco" sul lato p.

Questo movimento dell'elettrone crea una corrente elettrica nella cellula. Le piastre conduttrici metalliche sui lati della cella raccolgono gli elettroni e li trasferiscono sui fili, consentendo agli elettroni di fluire come qualsiasi altra fonte di elettricità.

È interessante notare che la maggior parte delle fotocellule tende ad essere tanto più efficiente quanto più piccole sono, quindi ogni pannello fotovoltaico è solitamente costituito da molte piccole celle. Se osservi attentamente un pannello solare, potrai vedere tutte le fotocellule della subunità più piccola che compongono il pannello principale.

Solitamente realizzate in silicio drogato (anche se è possibile utilizzare germanio, solfuro di piombo e altri semiconduttori), le celle fotovoltaiche sono la centrale elettrica di qualsiasi pannello fotovoltaico moderno.

Ne parleremo più avanti nella prossima sezione.

I pannelli fotovoltaici, come qualsiasi strumento tecnologico, sono un miscuglio di materiali diversi che compongono parti diverse, dalla fotocellula al telaio e tutto il resto. Tuttavia, ciò che la maggior parte delle persone intende quando pone una domanda come questa è qual è l’ingrediente magico che conferisce al pannello fotovoltaico la sua capacità apparentemente magica di creare elettricità dalla luce solare.

Questo materiale meraviglioso sembra essere anche una delle sostanze più abbondanti sulla Terra: il silicio. In effetti, costituisce circa il 30% della crosta terrestre, più o meno.

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