Come funzionano i pannelli solari

Ormai ci siamo abituati a vederli sopra i tetti. Sappiamo cosa sono, a cosa servono, e che in futuro ne vedremo sempre di più. Ma in pochi sappiamo davvero come funzionano i pannelli solari e di cosa sono fatti. Qui proveremo a spiegarlo in modo semplice.

Ma prima di addentrarci nella spiegazione, è bene chiarire che nel campo dell’energia solare esistono due differenti tecnologie, con funzioni diverse e complementari: il fotovoltaico e il solare termico.

Il fotovoltaico permette di produrre esclusivamente energia elettrica, mentre il solare termico sfrutta la luce del sole per produrre acqua calda (destinata al riscaldamento dell’edificio o usata come acqua calda sanitaria).

Concentriamoci sulla prima, cercando di capire come funzionano i pannelli solari fotovoltaici.

Pannelli solari fotovoltaici, struttura e funzionamento

Come noto, la tecnologia fotovoltaica permette di produrre energia elettrica sfruttando i raggi del sole, con molteplici vantaggi. Oltre a ridurre il consumo di combustibili fossili, e quindi di emissioni inquinanti, l’energia solare alleggerisce, infatti, anche la bolletta, tagliando i costi dell’energia elettrica.

Questi pannelli (o moduli) fotovoltaici sono costituiti dall’unione di più celle simili a piastrelle (di circa 10 o 15 cm quadrati), generalmente di colore scuro (blu o nero). L’insieme dei pannelli solari installati assume il nome di “campo fotovoltaico”.

Generalmente ogni pannello è composto da un numero variabile di celle (da 30 a 100 circa), con potenza di picco complessiva di 200-300 watt. 10-15 pannelli saranno quindi sufficienti a fornire una potenza di picco totale di circa 3 kW, adatta a una famiglia italiana media.

Le dimensioni dei pannelli fotovoltaici variano a seconda dei modelli, delle marche e della tecnologia. I moduli fotovoltaici in silicio cristallino più comuni hanno dimensioni variabili da 0,5 m² a 1,5 m², si ottiene quindi un campo fotovoltaico di 3 kW con circa 15-20 m2.

La loro colorazione scura è dovuta alla presenza di silicio: un semiconduttore necessario per produrre l’energia elettrica e il più utilizzato in questi impianti. A ricoprirlo e proteggerlo è un’ulteriore lamina di vetro, che permette ai raggi del sole di filtrare ed essere assorbiti dai pannelli.

Cos’è l’effetto fotovoltaico

Quando un fotone colpisce la superficie della cella fotovoltaica, la sua energia eccita gli elettroni presenti nella cella in silicio, che iniziano a fluire nel circuito, producendo corrente elettrica e dando vita a quello che viene definito “effetto fotovoltaico”.

Le celle, collegate in serie, producono quindi una corrente continua con una tensione di circa 0,5 Volt tra la lastra superiore e quella inferiore del pannello.

A questo punto entra in scena un secondo componente dell’impianto: il convertitore o inverter, un dispositivo necessario a trasformare questa corrente continua in alternata, utilizzabile dalla rete di distribuzione e dagli apparecchi elettrodomestici.

Gli impianti fotovoltaici possono inoltre prevedere delle batterie di accumulo, in cui l’energia prodotta durante le fasi di irradiamento ma non utilizzata viene immagazzinata, per poter essere sfruttata nei periodi in cui l’impianto è inattivo per mancanza di luce solare.

Infine, per poter monitorare la produzione è indispensabile che l’impianto sia collegato ad un sistema di controllo elettronico a sua volta collegato alla rete Internet. In questo modo sarà più semplice individuare anche eventuali malfunzionamenti.

Come posizionare e dimensionare i pannelli fotovoltaici

Uno dei primi step da fare quando si decide di installare una centrale fotovoltaica sul proprio tetto è dimensionare l’impianto, partendo dalla bolletta elettrica, cioè dai propri consumi effettivi. Il calcolo potrà essere effettuato dai tecnici, in base al nostro fabbisogno giornaliero e al consumo medio mensile, per andare così a compensare i nostri consumi in maniera ottimale.

Il passaggio successivo sarà posizionare correttamente i pannelli, orientandoli in modo che ricevano più sole possibile. In genere la posizione migliore è nel lato sud del tetto, dove l’esposizione è più prolungata, mentre la pendenza ideale è intorno ai 30°-35° in Italia.

Anche nelle condizioni migliori però i pannelli potranno convertire solo una parte dell’energia solare in elettricità, a seconda del tipo di silicio utilizzato. Questo dato si chiama efficienza di conversione e nel migliore dei casi si aggira intorno al 20-22%.

Il margine di miglioramento, dunque, è ancora ampio e la ricerca nel settore delle rinnovabili una strada da percorrere con determinazione. Le scoperte e i progressi fatti nel campo del fotovoltaico organico o del fotovoltaico trasparente ne sono solo un esempio.

Alice Zampa