Il fotovoltaico è l’energia rinnovabile che sta trainando la transizione energetica e la chiave per raggiungere gli obbiettivi di decarbonizzazione posti per il 2030. Ma come funzionano gli impianti fotovoltaici? Come avviene la trasformazione da energia solare a energia elettrica pulita? La chiave sta nella tecnologia dietro alle celle fotovoltaiche, il componente più piccolo dell”impianto fotovoltaico. In questo articolo, esploreremo cosa sono le celle fotovoltaiche, come funzionano, i materiali utilizzati e le diverse tipologie esistenti.
Cos'è una cella fotovoltaica
Le celle fotovoltaiche (anche dette celle solari) sono il fulcro della tecnologia che permette la conversione di energia della luce solare in elettricità. Le celle solari sono solitamente di forma quadrata, con dimensioni di circa 12,5 cm per lato, e uno spessore che oscilla tra 0,25 e 0,35 mm. Ogni cella è collegata in serie o in parallelo ad altre celle e va così a formare il modulo fotovoltaico (pannello solare). Il modulo viene installato su supporti per garantire un corretto orientamento e inclinazione, ottimizzando l’efficienza dell’impianto fotovoltaico.
Funzionamento e materiali
Le celle fotovoltaiche sono in grado di trasformare l’energia solare in elettricità tramite l’effetto fotovoltaico. Assorbono i fotoni, particelle di luce, che interagiscono con lo strato positivo della cella, “eccitando” gli elettroni, aumentando cioè l’energia di questi ultimi e generando così corrente continua. Le celle più diffuse al giorno d’oggi sono costituite da un materiale cristallino contenente una sottile fetta di materiale semiconduttore, di solito il silicio, proprio poiché richiede poca energia per l’attivazione degli elettroni. Negli ultimi anni i ricercatori hanno però sviluppato una nuova e innovativa tipologia di cella che sarebbe più efficiente e meno costosa: la cella in perovskite. Grazie alla capacità di questo materiale di assorbire un numero maggiore di lunghezze d’onda dello spettro solare, il fotovoltaico in perovskite è considerato il futuro del settore. Anche il fotovoltaico in perovskite segue gli stessi principi di quello tradizionale: attraverso il drogaggio, un processo utilizzato per inserire impurità come boro e fosforo nel silicio, si crea una giunzione che permette il passaggio degli elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Questo passaggio genera una differenza di potenziale in grado di trasformare l’energia solare in corrente elettrica, sfruttando il principio del diodo per dirigere il flusso della corrente.
Composizione
Una cella fotovoltaica è composta da diversi strati che collaborano per convertire l’energia solare in elettricità. Ogni cella fotovoltaica di solita è composta da:
- strato superiore antiriflesso: responsabile di ridurre le perdite di energia causate dal riflesso della luce solare sui pannelli;
- strato di drogaggio: è lo strato fondamentale per la creazione della zona di giunzione per la generazione di corrente.
- strato di contatto posteriore: parte che consente il flusso di elettricità verso l’esterno della cella, verso l’inverter;
- strato di supporto: strato che fornisce stabilità e supporto strutturale alla cella e responsabile della protezione dell’intera cella.
Questi strati combinati migliorano l’efficienza della cella fotovoltaica, facilitando la produzione di energia pulita.
Tipologie di celle fotovoltaiche
Esistono diverse tipologie di celle solari in basa al tipo di cristallo utilizzato. Si distinguono così in:
- Monocristalline: composte da un singolo cristallo di silicio, hanno un’alta efficienza perché i cristalli sono tutti orientati nella stessa direzione. Convertono la luce solare in elettricità con maggiore precisione, grazie al metodo Czochralski che permette di cristallizzare il silicio su un seme rotante. Si distinguono dalle altre in quanto nere e sottili, ideali per la massimizzazione dell’energia catturata.
- Policristalline: composte da più cristalli, sono meno efficienti rispetto a quelle monocristalline perché l’orientamento disordinato dei cristalli non riesce a sfruttare appieno la luce solare. Tuttavia, sono più economiche da produrre, dato che il processo di raffreddamento è più rapido e avviene in bagno termostatico. Queste celle sono blu e cangianti, tipicamente usate in applicazioni meno esigenti in termini di prestazioni.
- Amorfe: non presentano una struttura cristallina ordinata. Vengono create depositando sottili strati di silicio su un substrato rigido come vetro o metallo. Queste celle sono meno efficienti, ma sono flessibili e si possono applicare su superfici curve o non piane, come nell’arredo urbano o l’integrazione architettonica. Funzionano tramite tecnologie come la triple junction, che utilizza diversi strati per catturare una gamma più ampia di lunghezze d’onda solari.
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- [Applicazione] On-grid o off-grid per case ecologiche, baite, roulotte, camper, barche, ecc. per...
- [Certificato e garanzia] Certificato TÜV secondo le norme vigenti. Garanzia di tolleranza plus...
Conclusione
In conclusione, le celle fotovoltaiche sono il cuore della tecnologia solare, essenziali per convertire la luce in energia pulita e sostenibile. Con l’avanzare dello sviluppo della tecnologia che sta alla base del funzionamento delle celle, i pannelli fotovoltaici saranno sempre più efficienti e sostenibili, e accelereranno sempre più la transizione verso un futuro energetico più green.
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