Il sole come energia pulita
Uno degli obiettivi fondamentali dell’uomo è quello di eliminare le fonti di approvvigionamento energetiche derivanti da combustibili fossili per svariati motivi, primo fra tutti l’inquinamento. E’ noto infatti che la combustione disperde nell'atmosfera grandi quantità di CO2 o peggio ancora sostanze nocive come particolati, ossidi di azoto, etc. L’alternativa a tutto ciò sono le cosiddette energie rinnovabili tra cui spicca quella solare che può essere direttamente utilizzata come energia termica o trasformata in energia elettrica tramite dispositivi fotovoltaici. Tali sistemi presentano vantaggi quali: modularità della tecnologia, manutenzione ridotta, assenza d'inquinamento acustico e visivo, assenza di cattivi odori, semplicità d’utilizzo e un impatto ambientale praticamente inesistente.
Il pannello, componenti funzionamento
Un pannello fotovoltaico è costituito da moduli di celle in cui avviene la conversione della radiazione solare in energia elettrica. La cella sfrutta infatti l’interazione della radiazione luminosa con gli elettroni di valenza nei semiconduttori, tra i quali il più usato è il silicio. Una cella fotovoltaica richiede l’intimo contatto, su una grande superficie, di due strati di silicio p ed n. Nella zona di contatto tra i due tipi di silicio, detta "giunzione p-n", si ha la formazione di un forte campo elettrico. Le cariche generano una corrente quando il dispositivo viene connesso ad un carico. La corrente è tanto maggiore quanto maggiore è la quantità di luce incidente. E’ anche vero che non tutta la radiazione luminosa può essere trasformata in energia elettrica, si hanno infatti rendimenti di conversione tra il 12% e il 17% circa.
Schema impianto fotovoltaico e componenti
L’impianto fotovoltaico è l’insieme di vari elementi fondamentali per la produzione e l’utilizzo dell’energia. Uno schema impianto fotovoltaico è costituito essenzialmente dal campo, ovvero l’insieme di tutti i pannelli tenuti insieme in stringhe che forniscono la tensione nominale dell'impianto, da un sistema di inseguimento della massima potenza, che permette di far funzionare il campo in regime di massima potenza erogata, da un sistema di accumulo dell’energia, tipicamente batterie di accumulatori (per sistemi stay-alone) e da un inverter, col compito di trasformare la corrente continua in alternata per il funzionamento degli apparecchi. In alcuni casi si installano anche dispositivi ad inseguimento solare, ovvero movimentabili lungo l'asse verticale e/o orizzontale, che permettono di ottimizzare la resa dell'impianto nelle varie ore della giornata.
Applicazioni e tipologie
Lo schema impianto fotovoltaico ha due applicazioni fondamentali: nei sistemi stand-alone, per utenze in cui non è economicamente conveniente l’allaccio alla rete o che sono ubicate in zone poco accessibili o non raggiunte dalla rete, e nei sistemi grid connected, con la possibilità di scambiare energia con la rete locale o nazionale. Quest'ultimo meccanismo è possibile grazie a una coppia di contatori che misurano l'enegia scambiata in ingresso e uscita. Esempi di sistemi stand-alone sono i lampioni d’illuminazione stradale o l’arredo urbano in generale, mentre esempi di quelli grid connected sono i sistemi integrati nell’edilizia che consentono sia di consumare l’energia prodotta sia di immetterla in rete e quindi di vendere quella non utilizzata, un modo per conciliare utilità e guadagno.
Domande frequenti
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Quali sono i componenti principali di uno schema impianto fotovoltaico?Uno schema impianto fotovoltaico standard comprende diversi elementi essenziali. Il cuore del sistema è il campo fotovoltaico, formato dai pannelli collegati in serie (stringhe) per generare la tensione necessaria. A questi segue l'inverter, dispositivo cruciale che converte la corrente continua prodotta dai pannelli in corrente alternata, compatibile con gli elettrodomestici domestici. Per ottimizzare la produzione, si utilizza spesso un tracker o sistema di inseguimento della massima potenza. Nei sistemi isolati (stand-alone) sono presenti anche batterie di accumulo, mentre negli impianti connessi alla rete (grid-connected) si installano contatori bidirezionali per misurare l'energia immessa e prelevata dalla rete elettrica nazionale.
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Come funziona la conversione dell'energia solare nei pannelli?Il processo si basa sull'effetto fotovoltaico che avviene all'interno delle celle, solitamente realizzate in silicio. Ogni cella è composta da due strati di silicio: uno drogato positivamente (p) e uno negativamente (n). Alla giunzione tra questi due strati si crea un campo elettrico interno. Quando la luce solare colpisce la cella, i fotoni trasferiscono energia agli elettroni di valenza, liberandoli e generando una corrente elettrica continua. L'efficienza di questa conversione non è del 100%; i pannelli moderni hanno generalmente un rendimento compreso tra il 12% e il 17%, meaning that only a portion of the incident solar radiation is transformed into usable electricity.
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Cosa sono gli impianti stand-alone e grid-connected?Esistono due configurazioni principali per gli impianti fotovoltaici. Gli impianti stand-alone, o isolati, non sono connessi alla rete elettrica pubblica. Sono ideali per utenze remote, come lampioni stradali o case di montagna non raggiunte dalla rete, e richiedono obbligatoriamente un sistema di accumulo (batterie) per garantire l'energia durante le notti o le giornate nuvolose. Al contrario, gli impianti grid-connected sono collegati alla rete nazionale. Consentono di consumare l'energia prodotta istantaneamente e di immettere in rete l'eccesso, permettendo allo proprietario di ottenere compensazioni economiche attraverso meccanismi di scambio sul posto o vendita dell'energia.
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Quali vantaggi offre l'energia solare rispetto ai combustibili fossili?L'energia solare rappresenta un'alternativa pulita e sostenibile ai combustibili fossili, eliminando le emissioni di gas serra come la CO2 e sostanze nocive come gli ossidi di azoto e i particolati. I sistemi fotovoltaici offrono numerosi vantaggi pratici: sono modulari, adattandosi a diverse dimensioni di installazione; richiedono una manutenzione molto ridotta; non producono inquinamento acustico, visivo o odori sgradevoli. Inoltre, l'impatto ambientale è pressoché nullo durante la fase operativa e l'utilizzo è semplice e sicuro. Sfruttare il sole permette quindi di ridurre drasticamente l'inquinamento atmosferico contribuendo alla lotta contro il cambiamento climatico.
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A cosa servono i dispositivi di inseguimento solare?I dispositivi di inseguimento solare, o tracker, sono meccanismi che permettono di orientare fisicamente i pannelli fotovoltaici seguendo il percorso del sole nel cielo. Possono muoversi lungo uno o due assi (verticale e orizzontale). Questo movimento continuo garantisce che i pannelli ricevano la radiazione solare con l'angolo di incidenza ottimale per tutto l'arco della giornata. Di conseguenza, si massimizza la quantità di energia captata rispetto a un impianto statico. Sebbene aumentino leggermente costi e complessità meccanica, possono migliorare significativamente la resa energetica totale dell'impianto, specialmente in regioni con alta irradiazione diretta.
