Fotovoltaico

Gli impianti fotovoltaici consentono di trasformare, direttamente e istantaneamente, l’energia solare in energia elettrica senza l’uso di alcun combustibile. Producono elettricità là dove serve, non richiedono praticamente manutenzione, non danneggiano l’ambiente e offrono il vantaggio di essere costruiti “su misura”, secondo le reali necessità dell’utente.

L’impianto fotovoltaico nasce dall’unione di più moduli (o pannelli) collegati in serie e in parallelo, costituiti a loro volta da un insieme di celle solari collegate elettricamente ed incapsulate in una struttura. A valle dei moduli è posto un inverter che trasforma la corrente continua generata dalle celle in corrente alternata direttamente fruibile dall’utente finale. In Italia l’esposizione ottimale di un pannello fotovoltaico è inclinata di 30/35 gradi verso Sud.

L’efficienza (o rendimento) di un modulo fotovoltaico è definita come il rapporto tra energia solare captata e convertita rispetto a quella totale incidente sul modulo. L’efficienza influisce sulla superficie dei moduli (a parità di potenza elettrica richiesta, maggiore è l’efficienza minore sarà la superficie necessaria) ed è strettamente collegata alla temperatura: al diminuire di quest’ultima infatti il passaggio di corrente, e di conseguenza il rendimento, migliora.

Gli impianti fotovoltaici sono divisi in tre grandi tipologie:

  • Impianti  stand-alone: non sono collegati alla rete di distribuzione, ma riescono a produrre e sfruttare sul posto tutta l’energia necessaria per soddisfare il fabbisogno dell’edificio. Questa scelta è consigliata nel caso di utenze sprovviste di allaccio alla rete elettrica, alle quali permette di evitare i costi di allaccio che in alcuni casi possono essere particolarmente onerosi.
  • Impianti connessi alla rete (grid connected): sono collegati alla rete di distribuzione in maniera tale che nelle ore in cui l’impianto non produce l’energia venga prelevata dalla rete, mentre quando si registra un sur-plus di produzione, l’energia viene accumulata e contabilizzata. In particolare, l’energia riversata sulla rete può essere valorizzata tramite contratti di scambio sul posto o ritiro dedicato. Il grande vantaggio di questo impianto è la possibilità di garantire sempre l’approvvigionamento di energia, anche nel caso in cui l’impianto non riesca a produrre.
  • Impianti ibridi (storage): coniugano in un impianto le due tipologie descritte in precedenza. Sono connessi alla rete elettrica, sulla quale riversano l’energia residua che, per raggiunta capienza, non riesce ad essere immagazzinata nelle batterie di accumulo. Più si riesce a sfruttare l’energia prodotta durante le ore di funzionamento dell’impianto, maggiore sarà il risparmio dato dall’autoproduzione.

Per quanto riguarda invece i pannelli, le tecnologie più sviluppate disponibili in commercio sono:

  • pannelli al silicio monocristallino: sono i migliori dal punto di vista del rendimento (13-17%) ed hanno durate di circa 25 anni, ma sono particolarmente sensibili alle zone d’ombra. E’ la soluzione più costosa, viene pertanto utilizzata quando si hanno condizioni ottimali di irraggiamento e si voglia sfruttare al massimo la superficie a disposizione grazie alla migliore efficienza.
  • pannelli al silicio policristallino: perdono circa due punti di rendimento rispetto ai precedenti (η=12-14%), ma rappresentano un ottimo compromesso per costi ed efficienza tra il silicio monocristallino ed il film sottile.
  • pannelli a film sottile: si suddividono a loro volta in varie categorie in base al materiale semiconduttore utilizzato, il più diffuso è il silicio amorfo. Presentano bassi valori di rendimento (6-10%) a causa del peggioramento delle prestazioni nel tempo, ma rispetto al cristallino sono plasmabili, flessibili e si adattano a superfici diverse, oltre ad essere più economici.
  • pannelli per impianti a concentrazione: sono progettati per ottenere i massimi valori di efficienza utilizzando celle a concentrazione. Queste sono in grado di trasformare elevate quantità di irraggiamento in energia elettrica, grazie a sistemi ottici che convergono su un’unica cella la radiazione incidente. In questo modo si arriva a efficienze di conversione anche del 35-40%, che rendono questa tecnologia adatta alle centrali fotovoltaiche, capaci di ripagare in minor tempo l’elevato costo di investimento. Il tallone d’Achille dei moduli a concentrazione è l’onere dovuto alla pulizia dei numerosi specchi e/o lenti.

In fase di sviluppo vi sono poi le celle fotovoltaiche organiche, dove la parte fotoattiva è basata su composti organici del carbonio. Sono costituite da una struttura cosiddetta a sandwich, con un substrato, generalmente in vetro, e una o più sottili pellicole contenenti i materiali fotoattivi, frapposti tra due elettrodi conduttivi. Il grande vantaggio di questa tipologia di celle consiste nel loro ridottissimo impatto ambientale: il materiale fotoattivo è bio-compatibile, ed essendo processi fotoattivi viene depositato solo il materiale che serve, con notevoli risparmi rispetto ai metodi ordinari.

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