Tecnologia delle celle solari fotovoltaiche. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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I sistemi solari fotovoltaici sono facili da maneggiare e non hanno meccanismi di movimento, ma le stesse celle fotovoltaiche contengono complessi dispositivi a semiconduttore simili a quelli utilizzati per la produzione di circuiti integrati. Le celle fotovoltaiche si basano sul principio fisico che una corrente elettrica è generata dall'azione della luce tra due semiconduttori con diverse proprietà elettriche che sono in contatto tra loro. La combinazione di tali elementi forma un pannello o modulo fotovoltaico.

I moduli fotovoltaici, per le loro proprietà elettriche, generano corrente continua anziché alternata. È utilizzato in molti semplici dispositivi alimentati a batteria. La corrente alternata, invece, cambia direzione a intervalli regolari. È questo tipo di elettricità fornita dai produttori di energia, viene utilizzata per la maggior parte degli elettrodomestici e dei dispositivi elettronici moderni. Nei sistemi più semplici viene utilizzata direttamente la corrente continua proveniente dai moduli fotovoltaici. Nello stesso luogo in cui è necessaria la corrente alternata, è necessario aggiungere al sistema un inverter che converte la corrente continua in corrente alternata.

La moderna produzione di celle solari si basa quasi interamente sul silicio. Circa l'80% di tutti i moduli è realizzato utilizzando silicio policristallino o monocristallino, mentre il restante 20% utilizza silicio amorfo. Le celle fotovoltaiche cristalline sono le più comuni e di solito hanno un colore blu con una lucentezza. Amorfo o non cristallino: aspetto liscio e colore variabile a seconda dell'angolo di visuale. Il silicio monocristallino ha la migliore efficienza (circa il 14%), ma è più costoso del silicio policristallino, che ha un'efficienza media dell'11%. Il silicio amorfo è ampiamente utilizzato in piccoli dispositivi come orologi e calcolatrici, ma la sua efficienza e stabilità a lungo termine sono molto inferiori, quindi è raramente utilizzato nelle applicazioni di potenza.

La fotocellula è un "sandwich" di silicio, la seconda sostanza più comune sulla Terra. Il novantanove percento delle moderne celle solari sono realizzate in silicio (Si) e il resto è costruito secondo lo stesso principio delle celle solari in silicio. Una certa sostanza viene applicata a uno strato di silicio, a causa del quale si forma un eccesso di elettroni. Ciò si traduce in uno strato caricato negativamente ("N"). Sull'altro strato si crea una mancanza di elettroni, si carica positivamente ("P"). Assemblate insieme ai conduttori, queste due superfici formano una giunzione elettrone-lacuna fotosensibile. Si chiama semiconduttore perché, a differenza di un filo elettrico, conduce la corrente in una sola direzione, da negativa a positiva. Quando esposto al sole o ad altra fonte di luce intensa, viene generata una corrente continua di circa 0,5 volt. L'intensità della corrente (ampere) è proporzionale all'energia luminosa (numero di fotoni). In qualsiasi impianto fotovoltaico la tensione è pressoché costante e la corrente è proporzionale alla dimensione delle celle fotovoltaiche e all'intensità della luce.

Le celle fotovoltaiche sono fatte di silicio purissimo, miscelato in precise proporzioni con alcune altre sostanze. Il substrato di silicio ultrapuro da cui sono realizzate le celle solari è molto costoso. La quantità di silicio purissimo necessaria per realizzare un modulo fotovoltaico da 50 W sarebbe sufficiente per i circuiti integrati di circa duemila computer. Inoltre, nelle celle solari sono presenti alluminio, vetro e plastica, materiali economici e riutilizzabili.

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