Il principio di funzionamento: la cella fotovoltaica

 Le celle fotovoltaiche consentono di trasformare direttamente la radiazione solare in  energia elettrica, sfruttando i cosiddetto "effetto fotovoltaico" che si basa sulla proprietà  di alcuni materiali conduttori opportunamente trattati (tra i quali il silicio, elemento molto  diffuso in natura), di generare direttamente energia elettrica quando vengono colpiti  dalla radiazione solare. Una cella fotovoltaica esposta alla radiazione solare si comporta  come un generatore di corrente con una curva caratteristica tensione/corrente che  dipende fondamentalmente dalla intensità della radiazione solare, dalla temperatura e  dalla superficie.

 Essa è generalmente di forma quadrata con superficie di circa a 100 cm2, si comporta come una minuscola batteria, producendo, nelle condizioni di soleggiamento tipiche italiane, una corrente di 3 A (Ampère) con una tensione di 0.5 V (Volt), quindi una potenza di 1.5 W (Watt).

 

Le varie tipologie di celle solari

A seconda dei loro processi di produzione, si distinguono i seguenti tipi di celle fotovoltaiche:

  • Celle monocristalline: vengono prodotte tagliando una barra monocristallina. Il vantaggio principale é un alto rendimento (fino al 16%). Questo tipo di celle é però molto costoso a causa del complicato processo di produzione. Le celle di tipo monocristallino sono caratterizzate usualmente da un'omogenea colorazione blu.
  • Celle poli(multi-)cristalline: vengono colate in blocchi e poi tagliate a dischetti. Il rendimento é minore (10¸ 12%), ma anche il prezzo. Questo tipo di celle é riconoscibile da un disegno ben distinguibile (a causa dei vari cristalli contenuti).
  • Celle amorfe: vengono prodotte mediante deposizione catodica di atomi di silicio su una piastra di vetro. Questo tipo di cella ha il rendimento minore (ca. 4¸ 8%), ma si adatta anche al caso di irraggiamento diffuso (cielo coperto, ecc.). Le celle cosí prodotte sono riconoscibili da un caratteristico colore scuro, inoltre sono realizzabili in qualsiasi forma geometrica (sono realizzabili forme circolari, ottagonali, irregolari, e persino convesse).

Tipologie di celle fotovoltaiche: 1) celle monocristalline, 2) celle poli-multi cristalline, 3) celle amorfe.

 

Dalla cella fotovoltaica al sistema

La singola cella solare, di dimensioni intorno ai 10 x 10 cm, costituisce il dispositivo elementare alla base di ogni sistema fotovoltaico.

Un modulo fotovoltaico è costituito da un insieme di celle solari collegate tra loro in modo da fornire una potenza elettrica (per modulo) mediamente compresa tra i 50 W  e i 300 W.

Per aumentare la potenza elettrica è necessario collegare più moduli: più moduli formano un pannello e, analogamente, più pannelli formano una stringa.

I moduli fotovoltaici convertono l’energia luminosa in energia elettrica a corrente continua in "tempo reale", cioè la produzione di energia elettrica è contemporanea alla captazione dell’energia solare.