Energia fotovoltaica come funziona

Energia fotovoltaica: caratteristiche, storia e tecnologia

Nella vostra vita, vi sarete imbattuti sicuramente nelle calcolatrici ad energia solare che non hanno batterie da ricaricare e si spengono anche da sole. Durante tutto il giorno funzionano correttamente assorbendo la luce del sole. Si possono anche vedere i pannelli solari veri e propri, che siano all'interno della segnaletica stradale di emergenza, nelle cabine telefoniche e persino nei parcheggi, dove danno energia alle luci.In realtà, il fotovoltaico, che una volta era utilizzato quasi esclusivamente nello spazio, ora viene utilizzato sempre di più anche nella vita di tutti i giorni. La tecnologia continua a creare continuamente a sfornare prodotti innovativi che vanno dalle stazioni di ricarica per i veicoli elettrici agli occhiali da sole ad energia solare.L'idea di una rivoluzione solare è stata immaginata da decenni: sarebbe bellissimo se un giorno tutti utilizzassero l'energia a costo zero che viene fornita dal sole. Questa è una promessa attraente: infatti in una giornata soleggiata vengono emessi dai raggi del sole 1.000 watt ogni mq del pianeta.

Come funziona l'energia fotovoltaica: fotoni e celle

Le celle fotovoltaiche sono costituite da almeno 2 strati di semiconduttori: uno strato contenente una carica positiva, l'altro una carica negativa.La luce del sole è composta da piccole particelle di fotoni di energia solare. Nel momento in cui una cella fotovoltaica è esposta alla luce solare, molti dei fotoni si riflettono, trapassano, o sono assorbiti dalla cella solare.Quando un numero giusto di fotoni vengono assorbiti dallo strato negativo della cella fotovoltaica, gli elettroni vengono liberati dal materiale semiconduttore. A causa del processo di fabbricazione dello strato positivo, questi elettroni liberati naturalmente migrano allo strato positivo creando un differenziale di tensione, simile ad una batteria domestica. Quando i 2 strati sono collegati ad un carico esterno, i flussi di elettroni entrano attraverso il circuito di creazione di energia elettrica. Ogni cella solare unica produce solo 1-2 watt.

Come funziona l'energia fotovoltaica: risparmio e rispetto per l'ambiente

Per aumentare la potenza, le cellule sono combinate in un pacchetto chiamato modulo solare. Questi moduli (da uno a diverse migliaia) vengono collegati in serie, in modo che siano paralleli tra loro, in quello che è chiamato un pannello solare, per creare la tensione e l'amperaggio desiderato. A causa della naturale abbondanza di silicio, il materiale semiconduttore che costituisce le cellule fotovoltaiche e la risorsa praticamente illimitata del sole, le celle solari sono molto rispettose dell'ambiente. Esse bruciano combustibile e non hanno assolutamente parti in movimento: questo le rende praticamente prive di manutenzione, pulite e silenziose.Il proprietario medio di un'abitazione può risparmiare più di 1000 € all'anno in energia elettrica con l'installazione di pannelli solari sul tetto, considerando anche il costo dei pannelli solari.

Dall'elettrone al risparmio di energia elettrica: il fotovoltaico

Per lavorare con le celle fotovoltaiche, c'è bisogno di stabilire un campo elettrico. Proprio come un campo magnetico, che si verifica a causa di poli opposti, un campo elettrico si verifica quando cariche opposte sono separate. Per ottenere questo campo, i produttori di silicio lo associano con altri materiali, dando ad ogni parte una carica elettrica positiva o negativa.In particolare, seminano il fosforo nello strato superiore del silicio, che aggiunge più elettroni con una carica negativa a quel livello. Nel frattempo, lo strato inferiore riceve una dose di boro, che si traduce in un minor numero di elettroni, o in una carica positiva. Viene aggiunto tutto fino ad ottenere un campo elettrico che fa da collegamento tra i vari strati di silicio. Un paio di altri componenti della cellula trasformano questi elettroni in energia utilizzabile. Le piastre conduttive metalliche sui lati della cella raccolgono gli elettroni e li trasferiscono. A quel punto, gli elettroni possono fluire come qualsiasi altra fonte di energia elettrica.

Domande frequenti

Come avviene esattamente la conversione della luce solare in elettricità?

Il processo inizia quando i fotoni, particelle di luce solare, colpiscono le celle fotovoltaiche composte da semiconduttori. L'assorbimento di questi fotoni libera gli elettroni presenti nello strato negativo della cella. Grazie al campo elettrico interno creato dalla differenza di carica tra gli strati (positivo e negativo), gli elettroni liberi migrano verso lo strato positivo, generando una corrente continua. Questa corrente viene poi raccolta da piastre metalliche e inviata all'inverter, che la trasforma in corrente alternata utilizzabile dagli elettrodomestici domestici.
Quanto posso risparmiare realmente installando il fotovoltaico sulla mia abitazione?

L'installazione di pannelli solari permette di ridurre drasticamente i costi energetici. In media, un proprietario di casa può risparmiare oltre 1.000 euro all'anno sulla bolletta dell'elettricità, a seconda delle dimensioni dell'impianto e dei consumi personali. Considerando che il sole offre una risorsa energetica gratuita e illimitata, l'investimento iniziale si ammortizza nel tempo grazie al risparmio costante. Inoltre, produrre energia in loco riduce la dipendenza dalla rete elettrica tradizionale e protegge da eventuali aumenti dei prezzi dell'energia.
I pannelli solari richiedono molta manutenzione per funzionare correttamente?

No, i sistemi fotovoltaici sono noti per essere praticamente privi di manutenzione. Non avendo parti meccaniche in movimento, non soffrono di usura legata all'attrito e non necessitano di lubrificazione o sostituzione di componenti soggetti a rottura frequente. L'unica cura necessaria consiste in controlli periodici per garantire che i pannelli siano puliti da polvere, foglie o sporco che potrebbero ostacolare l'assorbimento della luce. Questo li rende una soluzione silenziosa, pulita e a basso impegno gestionale per anni.
Qual è il ruolo degli strati di silicio, fosforo e boro nella cella fotovoltaica?

La cella fotovoltaica sfrutta le proprietà del silicio, arricchito con altri elementi per creare un campo elettrico. Lo strato superiore del silicio viene trattato con fosforo, che aggiunge elettroni extra conferendo una carica negativa. Lo strato inferiore viene trattato con boro, che crea una carenza di elettroni, risultando in una carica positiva. Questa separazione di cariche opposte genera il campo elettrico fondamentale: quando la luce colpisce la cella, questo campo spinge gli elettroni liberi a muoversi in una direzione specifica, generando così la corrente elettrica utile.
Come si passa dalla singola cella al pannello completo?

Una singola cella fotovoltaica produce una quantità minima di energia, circa 1-2 watt, insufficiente per le esigenze domestiche. Per aumentare la potenza, molte celle vengono combinate e collegate tra loro in serie e in parallelo all'interno di un pacchetto chiamato modulo solare. Più moduli vengono assemblati insieme per formare un pannello solare completo. Questa configurazione permette di sommare la tensione e l'amperaggio delle singole celle, ottenendo l'energia elettrica necessaria per alimentare una casa o un'azienda.