Radiazione solare. Energia elettrica

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1 Un modulo fotovoltaico è un dispositivo in grado di convertire energia solare direttamente in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico ed è impiegato come generatore di corrente quasi puro in un impianto fotovoltaico. Singole celle fotovoltaiche (1) connesse in serie formano un modulo fotovoltaico (2). Più moduli assemblati realizzano un impianto fotovoltaico (3)

2 L'effetto fotovoltaico si realizza quando un elettrone presente nella banda di valenza di un materiale (generalmente semiconduttore) passa alla conduzione a causa dell'assorbimento di un fotone sufficientemente energetico incidente sul materiale. Radiazione solare Energia elettrica

3 Di molti materiali impiegabili per la costruzione dei moduli fotovoltaici, il silicio è in assoluto il più utilizzato. Le tecnologie di realizzazione più comuni sono: - Moduli cristallini; -Moduliafilmsottile; - Varianti proprietarie.

4 I moduli in silicio mono o policristallini rappresentano la maggior parte del mercato. Sono tecnologie costruttivamente simili, e prevedono che ogni cella fotovoltaica sia cablata in superficie con una griglia di materiale conduttore che ne canalizzi gli elettroni. Ogni singola cella viene connessa alle altre mediante collegamenti metallici, in modo da formare opportune serie e paralleli elettrici.

5 La cella fotovoltaica è l elemento base nella costruzione di un modulo fotovoltaico. La versione più diffusa di cella fotovoltaica, quella in materiale cristallino, è costituita da una lamina di materiale semiconduttore, il più diffuso dei quali è il silicio, e si presenta in genere di colore nero o blu e con dimensioni variabili dai 4 ai 6 pollici. Analogamente al modulo, il rendimento della cella fotovoltaica si ottiene valutando il rapporto tra l'energia prodotta dalla cella e l'energia luminosa che investe l'intera sua superficie. Valori tipici per gli esemplari in silicio policristallino comunemente disponibili sul mercato si attestano attorno al 18% Cella solare di silicio monocristallino Una comune cella fotovoltaica in silicio policristallino

6 Le prestazioni dei moduli fotovoltaici sono suscettibili di variazioni anche sostanziose in base: - al rendimento dei materiali; - alla tolleranza di fabbricazione percentuale rispetto ai valori di targa; - all irraggiamento a cui le sue celle sono esposte; - all angolazione con cui questa giunge rispetto alla sua superficie; - alla temperatura di esercizio dei materiali; - alla composizione dello spettro di luce.

7 Progettare celle fotovoltaiche in grado di utilizzare una porzione più ampia dello spettro di radiazione solare e preferirne l impiego nelle zone maggiormente soleggiate.

8 Per motivi costruttivi, il rendimento dei moduli fotovoltaici è in genere inferiore o uguale al rendimento della loro peggior cella. Con rendimento si intende la percentuale di energia captata e trasformata rispetto a quella totale giunta sulla superficie del modulo. Valori tipici riscontrabili nei prodotti commerciali a base silicea si attestano intorno al: - 15% nei moduli in silicio monocristallino; - 13% nei moduli in silicio policristallino; - 6% nei moduli insilicioamorfo.

9 La tolleranza di fabbricazione è un dato percentuale (generalmente variabile dal ±3% al ±10%) che ogni produttore dichiara in relazione ai propri standard qualitativi di produzione. Tanto minore è la tolleranza dichiarata, tanto più stabili e predicibili saranno le prestazioni elettriche del modulo, a pari condizioni di utilizzo. I moduli fotovoltaici sono accomunati dal comportamento elettrico simile a quello di un generatore di corrente quasi perfetto. Il circuito equivalente di una cella fotovoltaica

10 I moduli fotovoltaici, se impiegati in un impianto fotovoltaico connesso alla rete all'interno dell Unione Europea, devono obbligatoriamente essere certificati in base alla normativa IEC 61215, che ne determina le caratteristiche sia elettriche che meccaniche. Tra i test più importanti si cita quello per determinarne la potenza in condizioni di insolazione standard, espressa in watt picco(wp).

11 I moduli fotovoltaici in silicio cristallino più comuni hanno dimensioni variabili da 0,5 m² a 1,5 m², con punte di 2,5 m² in esemplari per grandi impianti. Dopo un biennio di instabilità, i costi al cliente finale si sono stabilizzati nella fascia 4,50/6,00 /Wp (a gennaio 2009).

12 I pannelli solari fotovoltaici I pannelli solari termici producono energia elettrica provvedono al riscaldamento dell acqua sanitaria e talvolta anche quello domestico