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:: I pannelli solari / Principio della cella fotovoltaica
Principio
della cella fotovoltaica
Il principio di funzionamento di una cella solare è essenzialmente il duale di quello dei LED (Light Emitting diodes, diodi emettitori di luce), dispositivi che emettono luce quando sono attraversati da corrente elettrica. In un LED l’energia elettrica viene convertita (parzialmente) in energia luminosa (pur non essendo una lampada ad incandescenza). Nella cella fotovoltaica avviene il processo “inverso”: l’energia luminosa può essere parzialmente convertita in energia elettrica. La cella diventa una “pila” elettrica che può alimentare un circuito elettrico esterno. Il funzionamento delle celle fotovoltaiche si basa sui fenomeni elettronici che si verificano sulla superficie di contatto di due materiali diversi (in particolare due semiconduttori).
Principio della cella fotovoltaica: Le celle fotovoltaiche sono diodi fotosensibili che lavorano nel quarto quadrante della caratteristica V-I. Quanto i livelli di energia luminosa colpiscono la cella dei pannelli solari con valore R=0 si comporta come un normale diodo. Quando R è diverso da zero ed è crescente la corrente inversa si forma una differenza di potenziale ai capi della giunzione che dà luogo all'effetto fotovoltaico e il diodi eroga corrente a un carico. Nel punto di massima potenza il rendimento teorico di una cella fotovoltaica è di circa il 22%. Questo valore scende al 15% nel rendimento pratico. Normalmente da un metro quadro di pannelli solari possono essere prodotti al massimo 130-160 Watt. Ogni cella solare ha una tensione di uscita di circa 0,5 volt. Per produrre tensioni elettriche più elevate le celle fotovoltaiche sono collegate in serie, viceversa per produrre una corrente di uscita maggiore le celle fotovoltaiche sono collegate in parallelo.
Ovviamente la corrente prodotta varia con l'intensità della radiazione che raggiunge la cella, come si può vedere nell'esempio del grafico sopra. Più è intensa la luce che arriva più elettroni vengono liberati all'interno del semiconduttore e, conseguentemente, maggiore sar à il flusso di corrente. Il materiale più utilizzato per fabbricare una cella fotovoltaica è il silicio.
L'effetto
fotoelettrico
La conversione fotovoltaica è un fenomeno fisico che permette di
trasformare direttamente l'energia luminosa in energia elettrica in strutture
elementari, le celle fotovoltaiche.
Questi dispositivi sono realizzati in materiali semiconduttori,
materiali cioè che conducono la corrente elettrica e la cui resistività diminuisce
al crescere della temperatura e per la presenza di impurità.
L'effetto fotovoltaico consiste nella generazione di una differenza
di potenziale elettrico, grazie all'integrazione di un flusso di energia
radiante con la materia.
Produzione
industriale delle celle solari
Industrialmente le celle vengono realizzate sovrapponendo vari strati orizzontalmente. Sopra una lamina di metallo che rappresenta uno dei due contatti viene adagiato il silicio, quindi l'altro tipo di silicio a formare la giunzione e sopra di questo una griglia metallica che raccoglie gli elettroni fungendo così da secondo contatto metallico. La forma di questa seconda griglia rappresenta un compromesso tra un buon contatto elettrico e una trasparenza della superficie poiché se si ricoprirebbe troppo fittamente la superficie con il metallo si avrebbe un contatto a bassa resistenza ma si oscurerebbe la cella dalla luce abbassando drasticamente l'efficienza della conversione.
2006 -