Inserito il 10/12/2008 alle: 19:01:28
Gli impianti Fotovoltaici
La cella fotovoltaica.
La parola fotovoltaico deriva da photo = luce e voltaico = elettricità e significa elettricità prodotta attraverso la luce. L'effetto fotovoltaico si basa sulla capacità di alcuni semiconduttori, come il silicio, di generare direttamente energia elettrica quando vengono esposti alla radiazione solare. La conversione della radiazione solare in una corrente di elettroni avviene nella cella fotovoltaica, che è l'elemento base del processo di trasformazione della radiazione solare in energia elettrica, un dispositivo costituito da una sottile fetta di materiale semiconduttore, molto spesso silicio, opportunamente trattata. Tale trattamento è caratterizzato da diversi processi chimici, tra i quali si hanno i cosiddetti "drogaggi". Inserendo nella struttura cristallina del silicio delle impurità, cioè atomi di boro e fosforo, si genera un campo elettrico e si rendono anche disponibili le cariche necessarie alla formazione della corrente elettrica. Questa si crea quando la cella, le cui due facce sono collegate ad un utilizzatore, è esposta alla luce. La luce è composta da particelle, i fotoni, che trasportano energia. Quando un fotone con sufficiente energia colpisce la cella, viene assorbito dai materiali semiconduttori e libera un elettrone. L'elettrone, una volta libero, lascia dietro di sé una carica positiva detta lacuna. Quindi, quanto maggiore sarà la quantità di fotoni che colpiscono la cella, tanto più numerose saranno le coppie elettrone-lacuna generate per effetto fotovoltaico e quindi più elevata la quantità di corrente prodotta.
(Per approfodimenti tecnici sulla fisica del processo fotovoltaico clicca qui )
L'energia che si può poi sfruttare dipende dalle caratteristiche del materiale di cui è costituita la cella: l'efficienza di conversione (percentuale di energia contenuta nelle radiazioni solari che viene trasformata in energia elettrica disponibile ai morsetti) per celle commerciali al silicio è in genere compresa tra il 13 % e il 17 %, mentre realizzazioni speciali di laboratorio hanno raggiunto valori del 32,5 %.
Attualmente il materiale più utilizzato è il silicio mono-cristallino che una resa ed una durata superiori a qualunque altro tipo di silicio:
Silicio Mono-cristallino: Resa energetica fino 15 - 17 %
Silicio Poli-cristallino: Resa energetica fino 12 - 14 %
Silicio Amorfo: Resa energetica meno del 10 %
La cella fotovoltaica è fatta da un wafer di silicio, generalmente di forma quadrata, con circa 10cm di lato, una superficie compresa tra 100 e 225m², e di uno spessore che varia fra i 0,25 ai 0,35mm, con una superficie pari a circa 100cm² ed è in grado di produrre, una corrente compresa tra i 3 e i 4 A e una tensione di circa 0,5 V, con una potenza corrispondente di circa 1,5-2Wp Watt di potenza in condizioni standard, vale a dire quando essa si trova ad una temperatura di 25 °C con un irraggiamento di 1 kW/m² e in condizioni di AM1,5. La potenza in uscita da un dispositivo FV quando esso lavora in tali condizioni standard prende il nome di potenza di picco (Wp) ed è un valore che viene usato come riferimento. L'output elettrico reale in esercizio è in realtà minore del valore di picco a causa delle temperature più elevate e dei valori più bassi della radiazione.
Oltre al silicio di tipo cristallino, ultimamente si nota un forte interesse, da parte di diverse aziende produttrici, a realizzare linee di produzione di moduli basati sul silicio amorfo . Con l'amorfo, in realtà, non si può parlare di celle, in quanto si tratta di deposizioni di silicio (appunto allo stato amorfo) su superfici che possono anche essere ampie. Il silicio amorfo è presente sul mercato già da diversi anni, ma fino ad ora non si era guadagnato una quota di mercato significativa, soprattutto a causa dei dubbi esistenti sulla sua stabilità nel tempo : col passare degli anni spesso si verificava una riduzione delle prestazioni. Ecco che l'amorfo veniva (e viene ancora oggi) usato soprattutto per applicazioni "indoor", cioè per alimentare piccoli utilizzatori, come calcolatrici tascabili, orologi, gadgets vari...
Di recente si è messa a punto una tecnologia produttiva che realizza più strati di silicio amorfo, la cosiddetta "eterogiunzione", che sembra risolvere i passati problemi di stabilità. Per quanto riguarda il costo, il tradizionale silicio amorfo presenta costi minori rispetto al silicio cristallino (mono o multi), mentre l'amorfo a due o tre giunzioni necessita di ulteriori riduzioni di costo affinché possa diffondersi su larga scala.