Energia per produrre i pannelli fotovoltaici

Quanta energia occorre per produrre un pannello fotovoltaico? E' vero che è antieconomico?

C' è chi asserisce che: "un modulo fotovoltaico deve lavorare decenni per restituire
lenergia che è servita per produrlo

Non è vero! Studi molto recenti hanno dimostrato come il T.R.E. (Tempo di Ritorno Energetico) per un pannello fotovoltaico, ossia la relazione che intercorre fra l'energia spesa per costruire il pannello materialmente, e l'energia prodotta dal pannello stesso una volta messo in opera, è compreso fra 1.5 e 4.4 anni, intervallo che dipende naturalmente dalla tecnologia impiegata per costruirlo e il luogo e la tipologia di istallazione (ovviamente in zone con elevato irraggiamento solare, come lItalia, la produzione di energia elettrica fotovoltaica è superiore e il Tempo di Ritorno
Energetico sarà quindi minore)

come è fatto un pannello? quali sono le fasi produttive?

Dopo lossigeno, il silicio, è lelemento più diffuso sulla crosta terrestre (28%). Allo stato puro ha struttura cristallina simile a quella del diamante. Tutte le moderne tecnologie dei computer sono possibili grazie al silicio elettronico. I microchips, le schede integrate, i microcircuiti sono tutti realizzati con silicio elettronico. Per ottenere il silicio si parte da sabbia di rocce silicee e quarzose. Attraverso processi di riduzione, la silice, in fase di fusione perde atomi di carbonio che vengono assimilati da sostanze riducenti (sodio, carbone). Dopo varie fasi di fusione/cristallizzazione si ottiene silicio metallurgico, usato per le cellule FV, che è un prodotto di scarto del silicio elettronico perché meno puro. Il silicio utilizzato per le celle fotovoltaiche può essere: policristallino, monocristallino e amorfo (cioè che non ha struttura cristallina).

COSTRUZIONE DELLA CELLULA

Il silicio metallurgico fuso in lingotti (diametro 10-15 cm) viene affettato in sezioni di 0,25-0,35 mm di spessore. La cellula FV è costituita da due strati di silicio drogato (cioè silicio a differente potenziale elettrico) posti tra le due facce delle sezioni ricavate dai lingotti. La differenza di potenziale si ottiene attraverso la diffusione controllata, nei forni, di atomi di fosforo e di atomi di boro sui due strati opposti della cellula. I primi creano carenza di elettroni, quindi, i secondi creano esubero di elettroni. Dal primo si ottiene silicio tipo p, dallaltro silicio tipo n. Nella giunzione tra i due strati, per effetto del bombardamento di fotoni (esposizione alla luce solare), le cariche elettriche tendono a separarsi creando la circolazione di corrente elettrica tra le due facce della cellula, ossia, i due poli (negativo e positivo) della cella. Ovvero tra il contatto elettrico inferiore, ottenuto per serigrafia di una pasta dargento, e il contatto elettrico superiore, costituito da una griglia frontale.

FUNZIONAMENTO DELLA CELLULA FOTOVOLTAICA

La cellula fotovoltaica è la giunzione di due sottili materiali semiconduttori (silicio tipo p e silicio di tipo n). Quando un raggio di luce colpisce la cellula le cariche positive si separano da quelle negative creando una differenza di potenziale. Tra i due semiconduttori si genera una piccola corrente elettrica. Una cellula ha una superficie di 100 mmq, alle condizioni di normale insolazione (25 °C 1 kW/mq) produce corrente elettrica di 3 Ampere di intensità, 0,5 Volt di tensione e 1,5 Watt di potenza. Il silicio è praticamente una macchina che produce energia ma, come tutte le macchine, ha delle perdite di efficienza. I moderni motori a scoppio arrivano al 27%, le centrali elettriche arrivano al 50%. Così il silicio policristallino ha rendimenti bassi pari al 12-14%, il monocristallino ha rendimento del 18% e il silicio amorfo ha efficienza di conversione (7%) ancora più bassa del policristallino, costa meno ma ha un tempo di vitaminore di un modulo policristallino,che ha garanzia di vita per 25-30 anni.

MODULO FOTOVOLTAICO

Il collegamento di più cellule consente di ottenere tensioni (Volts) più alte. Una volta connesse in serie/parallelo, le 36 cellule vengono incapsulate in uno spessore di EVA (Etil-Vinil-Acetato) e poi laminate su una lastra di vetro ad alta resistenza, trasparenza e antiriflesso per ottenere il modulo incorniciato da un telaio di alluminio. Così connesse le cellule formano il modulo di mezzo metro quadro che produce 50 Wp (per le perdite di accoppiamento), ad una tensione di 17V (Volts x Amps = Watts). Pesa circa 6 chilogrammi, ha uno spessore di 4 centimetri. Più moduli sono una stringa e, più stringhe insieme, sono un campo fotovoltaico.

CENNI STORICI DI COME NASCE IL FOTOVOLTAICO

La prima intuizione delle potenzialità dei materiali conduttori si fa risalire ad Alessandro Volta alla fine del 700. La possibilità di trasformare la luce in energia elettrica fu possibile dopo gli esperimenti di A. Bequerel nel 1839. Ma i periodi di maggior espansione furono gli anni 50 e lera dello sviluppo dei programmi spaziali per ottenere energia, in modo affidabile, in luoghi privi di risorse. Ormai la tecnologia fotovoltaica è disponibile dovunque: le minicalcolatrici, gli orologi, gli esposimetri delle macchinette fotografiche e le cellule fotoelettriche dei cancelli. Il primo impianto fotovoltaico per la produzione di energia elettrica è stato realizzato nel 1982 in Svizzera.

AUTOCOTRUIRSI UN PANNELLO FOTOVOLTAICO - tratto da GREENPEACE Italia

Materiale per lavorare:
-un saldatore con punta a stilo (a punta) e non quella arrotondata, da almeno 40W in modo che non si debba fare troppa pressione sulla cella visto che è molto delicata alla pressione. Il saldatore si trova tranquillamente al costo di 6 euro
-un rocchetto di stagno da 300 grammi, possibilmente senza piombo. Dovrebbe costare allincirca cinque euro.
-acido per saldatore
-ribbon(serve da conduttore per collegare ad una ad una le celle): allincirca 15 euro per 15/20 m
-pannello di plastica o qualunque altro materiale non conduttore di elettricità resistente agli agenti atmosferici (sarà il piano di appoggio delle celle e la loro sede finale). Grandezza in base al numero di celle che si sono assemblate
-pannello di vetro o plastica trasparente da montare sopra al precedente pannello, sempre resistente allesterno ma facendo in modo di lasciare uno spessore tra uno e laltro visto che in mezzo ci sono le celle
-pistola e colla a caldo, costo totale massimo 25 euro, servirà per incollare le celle saldate al pannello di plastica sottostante
-silicone e siringa per poter siliconare le intersezioni tra il pannello trasparente superiore e quello inferiore ( bisogna creare uninscatolatura stagna) : 4/5 euro
- cavi elettrici di diametro in base alla potenza del pannello creato: costo praticamente nullo,vanno bene quelli degli impianti elettrici di casa
- diodi shokty costo unitario 0,049 eur (ne servono tanti quanto sono le celle): servono per far scorrere in modo adeguato la corrente in tutte le singole celle, visto che ognuna ha forma e dimensione diversa.Inoltre non fanno danneggiare le celle che altrimenti sarebbero soggette a sovracorrenti e quindi malfunzionamenti. Ogni diodo deve essere in antiparallelo ad ogni singola cella.
- un diodo, che sopporti tensione e corrente erogati da pannello del pannello, da saldare sul polo positivo in polarizzazione diretta (visto dai capi di tutto il pannello fotovoltaico una volta saldate tutte le celle). costo 0,50 eur al negozio sotto casa. Serve per non far danneggiare il pannello mentre sta caricando una batteria dunque per far scorrere in un solo senso la corrente.
- mutimetro digitale capace di misurare V, A, Ohm ecccosto 7/8 euro
1. Tra tutte le celle che si è riusciti a procurare (sicuramente ce ne saranno di varie forme e grandezze poichè di scarto) fare una selezione in base alla forma/grandezza cella (prestare attenzione a non tagliarsi e a non romperle poichè molto delicate), ossia riunire tutte le celle con le medesime caratteristiche, forma e grandezza simile.
2. Tagliare il filo di ribbon di una lunghezza adatta a collegare due celle adiacenti, sciogliere lo stagno sopra, dopodichè saldardo su di una cella alla volta soltanto sulla faccia blu della cella (il polo negativo), seguendo la guida principale della cella. Una volta ripetuto il procedimento per varie celle, procedere con lassemblamento tra loro in serie ,ossia polo negativo di una collegato al polo positivo della successiva e così in catena fino ad una catena di 32 celle (ogni cella ha una tensione di circa 0,5V dunque tutto il pannello avrà 0,5 x 32= 16v a vuoto, cioè senza alcun carico collegato)
3. Una volta collegata tutta la catena delle 32 celle, in corrispondenza di ogni singola cella collegare un diodo schotky con la banda argentata verso il polo positivo della cella e la parte nera verso il polo negativo della cella (questo punto è ancora da perfezionare poichè ancora non ho testato, quindi suggerirei di controllare personalmente a chi si cimenta nel lavoro).
4. Una volta creata la catena di celle con tutti i diodi schottky in parallelo, ad ogni cella bisognerà, tramite la colla a caldo fissare il tutto sul pannello che farà da base (plastica ecc..) , dunque inscatolare e sigillare con silicone.

5. Testarlo con il multimetro.