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.
