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I Pannelli Fotovoltaici

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Sempre più diffusi e considerati una delle fonti di energia rinnovabile migliori in circolazione, molti paesi fanno affidamento su di essi per la propria transizione ecologica.

Ma come sono fatti i pannelli fotovoltaici?

Come fanno esattamente i pannelli fotovoltaici a trasformare la luce del sole in energia elettrica? Innanzitutto bisogna dire che da soli, i pannelli possono fare ben poco.

Gli impianti fotovoltaici sono costituiti infatti dal Modulo fotovoltaico, che ha il compito di catturare la luce del sole, e dall’Inverter, che si occupa invece di processare l’energia raccolta dal pannello.

Un pannello fotovoltaico è costituito dall’unione di più celle fotovoltaiche che hanno la funzione di convertire i fotoni della luce solare in energia elettrica. La cella fotovoltaica o solare, è l’elemento alla base di ogni pannello. I pannelli normalmente in commercio possono essere formati da 48, 60, 72 o 96 celle. Queste celle sono fatte di silicio, il materiale semiconduttore più largamente usato sul pianeta. 

Gli inverter ricevono la corrente elettrica continua dai pannelli fotovoltaici e la trasformano in corrente alternata così che possa essere distribuita e utilizzata dagli apparecchi elettronici presenti nelle abitazioni. In alcuni casi si possono abbinare delle batterie di accumulo agli impianti fotovoltaici. Le batterie hanno la funzione di immagazzinare l’energia prodotta se questa non viene utilizzata nell’immediato.

Come funzionano i pannelli fotovoltaici?

Quando un fotone colpisce una cella fotovoltaica avviene il processo fotovoltaico: la radiazione solare eccita gli elettroni presenti nei materiali da cui sono costruite le celle fotovoltaiche, producendo energia elettrica.

Tecnicamente, quando una radiazione elettromagnetica investe la cella, cede energia agli elettroni più esterni degli atomi che la compongono. Se l’energia ceduta all’elettrone è abbastanza, questo può allontanarsi dall’atomo di cui fa parte. In pratica i fotoni della luce solare colpiscono gli elettroni, caricandoli di energia ed in alcuni casi staccandoli dall’atomo a cui appartengono. Questi elettroni in grado di spostarsi, in parole molto semplici, sono corrente elettrica di tipo continuo.

La corrente elettrica per uso domestico però è corrente alternata, quindi quella prodotta in questo modo dai pannelli fotovoltaici va trasformata. L’Inverter ha il compito di trasformare la corrente elettrica continua che riceve in corrente elettrica alternata che immette poi nella rete o nelle batterie d’accumulo.

Detto così, sembra un processo abbastanza semplice e privo di rischi, ma vedendo le cose nel dettaglio, non è esattamente tutto così perfetto.

Quanto sono efficienti i pannelli fotovoltaici?

Rendimento

Con la tecnologia attuale non è possibile trasformare il 100% di energia solare ricevuto in energia elettrica. I pannelli solari più efficienti attualmente in commercio hanno capacità di conversione pari solo al 20-22%. Anche se alcuni moduli in fase ancora sperimentale pare siano arrivati alla soglia del 30%.

Oltre a questo limite fisiologico della tecnologia di cattura e trasformazione dei fotoni, ci sono anche altri limiti.

La variazione termica

I pannelli fotovoltaici non tollerano molto bene le temperature troppo elevate. Lavorano comunque anche in condizioni di temperature estremamente alte, ma ne risentono in termini di efficienza. Il surriscaldamento delle celle fotovoltaiche ha un effetto negativo sulla trasformazione dell’energia solare in energia elettrica. Se consideriamo che il loro funzionamento dipende dal ricevere raggi solari, e quindi calore tutto il giorno, questo limite è uno scoglio davvero importante.

La sporcizia

Un altro fattore limitante per i pannelli fotovoltaici è la loro suscettibilità alla sporcizia.

Può sembrare un fattore minore, ma un pannello sporco non è in grado di sfruttare appieno la ricezione di energia solare. Non è un limite estremamente incisivo, ma comunque in grado di abbassare il rendimento effettivo dei pannelli.

Gli impianti fotovoltaici su scala industriale vengono puliti una o due volte l’anno per rimuovere lo sporco e rimanere efficienti.

Gli ombreggiamenti

Possono dipendere da 2 diversi fattori, quelli prevedibili come alberi o edifici che in alcune ore del giorno proiettano ombre sui pannelli, e quelli non prevedibili cioè gli eventi atmosferici come giornate nuvolose o di pioggia.

Dispersioni

Spesso, i cavi e i connettori causano delle piccole dispersioni di energia dovute alla natura stessa del collegamento.

L’inverter

Un altro punto fondamentale per l’efficienza di un impianto costituito da un suo componente è l’inverter. Il processo di conversione della corrente da continua ad alternata ha un’efficienza abbastanza elevata (96-97%). Gli inverter sono però più efficienti quando hanno una potenza in ingresso molto elevata, per questo si può dire che l’efficienza dell’impianto è proporzionale alla nitidezza e limpidità del tempo atmosferico.

L’anzianità

Ultimo punto sull’inefficienza di un impianto fotovoltaico è la sua anzianità. Le celle fotovoltaiche hanno una vita media di circa 22 anni e non hanno un rendimento omogeneo durante tutta la loro vita utile. Il calo di rendimento medio stimato è di circa lo 0,5% annuo, ciò significa che a fine vita, la perdita di efficienza sarà tra il 10 e il 15%. Ciò è dovuto al normale degrado fisiologico dei componenti e non riguarda solo le celle, ma anche i connettori e l’inverter.

I pannelli fotovoltaici sono la soluzione ecologica al fabbisogno energetico?

NO.

Non da soli e non con la tecnologia attuale. I grossi limiti dell’energia solare sono che non è sempre disponibile ed il suo basso tasso di conversione. Se abbinata ad altre forme di produzione energetica, aiuta ad abbattere l’inquinamento ma l’idea di affidarsi completamente ad essa a dir poco utopistica.

C’è inoltre da prendere in considerazione che in molti paesi, specialmente negli anni passati quando i contributi statali erano elevati, molti agricoltori e proprietari terrieri hanno destinato quelli che erano terreni agricoli o addirittura boschi alla costruzione di grandi parchi fotovoltaici. Se non si può moralmente condannare qualcuno che ha deciso di rinunciare ad un lavoro faticoso, per una fonte di guadagno meno impegnativa, certo non si può fare lo stesso con chi ha deliberatamente distrutto una foresta e contribuito in maniera significativa all’inquinamento solo per il proprio guadagno. Anche se va ricordato che anche i campi coltivati ad uso agricolo producono ossigeno catturando CO2, seppur in maniera minore rispetto ad un bosco.

Per questi motivi negli ultimi anni si è cercato di limitare le autorizzazioni alla realizzazione di grandi parchi fotovoltaici a terra e di incentivare quelli sui tetti.

In definitiva, la tecnologia per la produzione di energia solare a nostra disposizione al giorno d’oggi va ancora migliorata e non è risolutiva nella lotta al cambiamento climatico, però è giusto investire su di essa. Facendo sempre attenzione che venga realizzata laddove non va a creare più problemi di quanti ne risolva e affiancandola a metodi di produzione energetica più affidabili e continuativi.

Voi avete scelto di investire nel solare per le vostre abitazioni? Come vi trovate con esso? Fatecelo sapere nei commenti!

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