Come funziona il fotovoltaico

Il fotovoltaico è la tecnologia che permette di ottenere energia utilizzabile dall’uomo direttamente dalla luce solare, la quale è per natura portatrice di energia. Si tratta quindi di una risorsa che potrebbe essere ampiamente sfruttata per diversi motivi: è presente in abbondanza su tutto il pianeta; è rinnovabile; non è inquinante. Oltretutto, il protocollo di Kyoto stabilisce che i governi devono necessariamente ridurre la dipendenza degli Stati dalle fonti non rinnovabili: ecco perché il fotovoltaico può essere la risposta giusta, aiutando a incrementare sostanzialmente le quote di energia provenienti da fonti rinnovabili.

Perché l’energia solare possa essere utilizzata dall’uomo, è necessario passare attraverso un processo di trasformazione della stessa. Vediamo insieme come avviene questo procedimento.

Il fotovoltaico consente di ottenere energia dalla luce del Sole senza aver bisogno di movimenti meccanici. Questo avviene grazie all’utilizzo del cosiddetto effetto fotovoltaico o effetto fotoelettrico.

L’effetto fotovoltaico è un fenomeno fisico che si basa sulle capacità di alcuni materiali semiconduttori (cioè conduttori, ma anche isolanti) – tra cui il silicio è il più importante e presente in enorme quantità sulla Terra – di riuscire a generare energia se colpiti dalle radiazioni solari in strutture elementari. Consiste propriamente nel riuscire a generare una differenza di potenziale elettrico per mezzo dell’integrazione con la materia di flussi di energia radiante.

Questo meccanismo di conversione energetica può avvenire grazie all’utilizzo delle strutture elementari già menzionate, vale a dire le celle fotovoltaiche.

Ogni cella fotovoltaica si ottiene da silicio metallurgico, che sia monocristallino, policristallino o amorfo. È costituita da due strati di silicio messi a contatto tra loro. Uno è silicio ‘drogato’ con fosforo (strato- finestra) che consente di ottenere carenza di elettroni, l’altro è silicio ‘drogato’ con boro (strato-assorbitore) che consente all’opposto di ottenere eccesso di elettroni. L’energia del Sole deve riuscire ad arrivare in egual modo in entrambi gli strati, quindi il primo è più sottile del secondo. Nella zona di contatto tra i due strati si viene così a creare una differenza di potenziale negativo-positivo ed una barriera di potenziale elettrico.  Qui i fotoni solari fanno passare gli elettroni in eccesso dallo strato-assorbitore allo strato-finestra generando conduzione di corrente elettrica. C’è però una barriera di potenziale che non permette il passaggio inverso, in questo modo si viene a generare un eccesso di elettroni nello strato-finestra. Collegando un conduttore, quindi, l’energia in eccesso sarà “prelevata” permettendo la circolazione di corrente grazie alla ripetizione continua di questo passaggio.

La cella fotovoltaica più diffusa è fatta in silicio cristallino tra i 4 e i 6 pollici.

Tante celle fotovoltaiche sistemate una accanto all’altra in un telaio di alluminio, consentono di ottenere il modulo fotovoltaico, capace di generare maggiori quantità di energia elettrica. Un modulo pesa 6 kg ed è spesso 4 cm. Produce 50W ad una tensione di 17V.

Più moduli uno accanto all’altro diventano una stringa fotovoltaica, più stringhe generano il pannello fotovoltaico. Le dimensioni di un pannello fotovoltaico vanno dai 0,5 ai 2,5 metri quadri con un grado di efficienza energetica che si attesta attorno al 19-20% dell’energia solare.