Lares Energy

L'Energia Solare

Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico che sfrutta l’energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico. Quando una radiazione elettromagnetica investe un materiale può, in certe condizioni, cedere energia agli elettroni più esterni degli atomi del materiale e, se questa è sufficiente, l’elettrone risulta libero di allontanarsi dall’atomo di origine. L’assenza dell’elettrone viene chiamata in questo caso lacuna. L’energia minima necessaria all’elettrone per allontanarsi dall’ atomo (passare quindi dalla banda di valenza che corrisponde allo stato legato più esterno alla banda di conduzione ove non è più legato) deve essere superiore alla banda proibita del materiale.

Attualmente le celle fotovoltaiche prodotte a livello industriale hanno un’efficienza (percentuale di radiazione solare trasformata in energia elettrica) compresa tra il 5% e il 17%, celle con efficienze più elevate sono in fase di sviluppo. Ad esempio, con la tecnologia delle celle tandem, che utilizza celle a base di arseniuro di gallio e antimoniuro di gallio sovrapposte in strati, sarà un giorno possibile ottenere un’efficienza del 31%. Parallelamente alle ricerche indirizzate al miglioramento dell’efficienza delle celle, si sta cercando di sviluppare dei metodi di produzione più economici. I materiali in questo senso più efficienti sono al momento il diseleniuro di rame e indio (CIS), il telloruro di cadmio (CdTe), e ultimamente il silicio microcristallino + silicio amorfo (film sottile micromorph mc-Si) , tutti e tre già utilizzati nella produzione di pannelli fotovoltaici.

La radiazione solare che raggiunge il pianeta Terra può essere convertita in energia elettrica mediante:

- la conversione fotovoltaica, che permette la trasformazione diretta dell’energia solare in elettricità sfruttando il fenomeno fisico dell’effetto fotovoltaico che si genera quando la luce colpisce particolari materiali;
- la conversione termica (termodinamica), che utilizza differenti sistemi tecnologici per raccogliere e concentrare la radiazione solare su un fluido termovettore; il calore immagazzinato dal fluido è successivamente trasferito al circuito di una convenzionale centrale per la produzione di energia elettrica.

Il dispositivo elementare che è alla base della tecnologia fotovoltaica è la cella fotovoltaica costituita da un materiale semiconduttore (silicio, rame, indio, cadmio, gallio, etc.) opportunamente trattato. Un insieme di celle fotovoltaiche collegate tra loro in serie o in parallelo costituisce il modulo fotovoltaico, il componente base commercialmente disponibile. Più moduli, connessi elettricamente fra loro ed installati meccanicamente nella loro sede di funzionamento, compongono un campo fotovoltaico.
Un impianto fotovoltaico è costituito da uno o più campi fotovoltaici, dai convertitori di corrente continua in corrente alternata detti inverter, e dai componenti di protezione e controllo da situare in base alle normative vigenti.

Gli aspetti positivi della tecnologia fotovoltaica possono riassumersi in:

1. assenza di qualsiasi tipo d’emissione inquinante durante il funzionamento dell’impianto;
2. risparmio dei combustibili fossili;
3. estrema affidabilità poiché, nella maggior parte dei casi, non esistono parti in movimento (vita utile superiore ai 30 anni);
4. costi di esercizio e manutenzione ridotti;
5. modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli ed eventualmente degli inverter).

A fronte di tali vantaggi, bisogna mettere in conto l’aspetto penalizzante principale rappresentato dal costo degli impianti attualmente elevato, anche se il trend è a un sensibile ribasso, a causa di un mercato che non ha ancora raggiunto la piena maturità tecnica ed economica.

Per tale motivo in molti paesi (Italia, Germania, Francia, Spagna, Grecia) lo sviluppo di questa tecnologia è guidato e sostenuto da programmi e meccanismi d’incentivazione governativi, che hanno innescato una forte crescita del mercato, attualmente caratterizzato dal più alto tasso di crescita annuo dell’intero settore elettrico (30-40%).

Il silicio

Il silicio è costituito da un insieme di atomi (o molecole) legati tra loro in modo rigido. Nel silicio cristallino gli atomi sono disposti regolarmente. Da differenti tipi di silicio e di lavorazione si ottengono due tipi di lingotti: uno a forma di parallepipedo dal quale si ottengono celle policristalline, riconoscibili dal colore blu cangiante e dalla forma squadrata, ed uno cilindrico dal quale si ottengono celle monocristalline riconoscibili dal colore scuro e di forma esagonale o circolare.

Normalmente la tensione continua ottenuta da una cella è circa 0,5 Volt. Le celle possono avere diverse dimensioni in funzione del loro utilizzo. La tecnologia per ridurre i costi è orientata ad aumentare l’efficienza della cella e a ridurre lo spessore del wafer. Quando si parla di efficienza occorre distinguere l’efficienza delle celle, del pannelli e del sistema. Ridurre lo spessore delle celle significa produrre più celle con minor quantità di silicio. Oggi la quantità di silicio prodotto è inferiore alla domanda del mercato. I produttori tecnologicamente più avanzati stanno perciò riducendo lo spessore dagli attuali 230µ/300µ a 160µ.

Pannelli in silicio monocristallino

Con un processo produttivo più complesso, dal silicio fuso, vengono ottenuti dei lingotti cilindrici di silicio monocristallino. Al cilindro viene data una forma esagonale e quindi sezionato in fette sottili (wafer) da 200µ/300µ, le quali presentano un color argento lucido. Queste, inoltre, vengono sagomate in forme più o meno squadrate al fine di diminuire gli spazi inutilizzati ed aumentare il numero di celle ospitate dal pannelli. Da evitare, anche se con ragionate eccezioni, alle latitudini più meridionali per la loro bassa tolleranza alle alte temperature.

Pannelli in silicio amorfo

Il silicio amorfo è caratterizzato dal modo disordinato in cui gli atomi o le molecole sono legati tra di loro. Utilizzando il silicio amorfo non si può parlare di celle, in quanto si tratta di strati sottili di silicio amorfo applicati su superfici più grandi delle normali celle. Eccellenti alle latitudini più meridionali per la loro alta tolleranza alle alte temperature.

Pannelli in silicio monocristallino + film di silicio amorfo.

Sono prodotti accoppiando i due materiali nello stesso pannello. Il silicio amorfo, posizionato all’esterno del wafer di monocristallino, limita e compensa le perdite di quest’ultimo con le alte temperature e ne migliora le prestazioni in condizioni sfavorevoli di orientamento, inclinazione e basso irraggiamento. Hanno la più alta efficienza, al momento presente sul mercato, corrispondente a meno di 6mq. di pannelli per 1kWp. Molto buoni per le latitudini più meridionali e in caso di scarse superfici di installazione disponibili.

Film Sottile

Tra i molti vantaggi apportati dall’uso del Film Sottile occorre soprattutto ricordare che:

1. la produzione diminuisce in misura inferiore alle alte temperature;
2. si degrada subito dopo l’entrata in produzione e resta stabile nel tempo;
3. risente in misura minore degli ombreggiamenti;
4. è poco sensibile all’inclinazione non ottimale (a differenza del cristallino) attivando il 100% della sua potenzialità produttiva tra i 5° e i 10° di inclinazione, quindi adattandosi senza perdite al montaggio in complanare su qualsiasi tipo di spiovente;
5. produce per più ore di luce (inizia prima al mattino e termina più tardi la sera);
6. sfrutta la luce diffusa e riflessa, producendo molto meglio dei cristallini con cielo nuvoloso;
7. l’aspetto estetico è nettamente più accattivante, nero (o rosso) uniforme, con effetto specchio, senza linee bianche evidenti.

PV Plant Burago

La Lares Energy ha realizzato nel 2012 un interessante case study su una delle sue ultime realizzazioni fotovoltaiche. Approfondisci il progetto Lares-Solar Frontier

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