IL MODULO FOTOVOLTAICO
Francesco Lucato
Cos'è?

Un pannello fotovoltaico è una struttura composta da una serie di celle fotovoltaiche che convertono l'energia della luce solare incidente direttamente in elettricit� tramite l'effetto fotovoltaico.

La cella fotovoltaica, o cella solare, è l'elemento base nella costruzione di un modulo fotovoltaico. Ogni cella viene connessa alle altre mediante nastrini metallici, in modo da formare opportuni circuiti in serie e in parallelo. La necessità di silicio molto puro attraverso procedure di purificazione dell'ossido di silicio (SiO2, silice) presente in natura eleva il costo della cella fotovoltaica.

Principio chimico di funzionamento

I cristalli di silicio hanno 4 elettroni di valenza (cioè appartenenti al guscio esterno dell'atomo, e in grado di legarsi con altri atomi) legati con gli elettroni di valenza di altri atomi di silicio. Quando uno strato di silicio "drogato" con atomi di boro, che hanno meno elettroni di valenza, (strato detto "giunzione p", o positiva) viene accoppiato con uno strato drogato con atomi di fosforo, che hanno invece più elettroni di valenza (e chiamato giunzione n), si crea un campo elettrico, che spinge gli elettroni dagli atomi con elettroni in più verso gli atomi con elettroni in meno, per cui si crea una "corrente elettrica".
Quando la luce colpisce una cella fotovoltaica, molti elettroni di valenza si staccano dal legame con altri atomi di silicio e passano a un livello energetico superiore dove possono contribuire al flusso elettrico unidirezionale, cioè alla produzione di una corrente.La corrente creata è però di tipo continuo, perciò per essere usufruibile delle abitazioni serve l�installazione di un dispositivo che la trasformi in corrente alternata (come quella della rete elettrica pubblica).

Struttura

Sopra una superficie posteriore di supporto, in genere realizzata in un materiale isolante con scarsa dilatazione termica (vetro temperato o tedlar), vengono appoggiati un sottile strato di acetato di vinile (spesso indicato con la sigla EVA), la matrice di moduli pre-connessi mediante i già citati nastrini, un secondo strato di acetato e un materiale trasparente che funge da protezione meccanica anteriore per le celle fotovoltaiche, in genere vetro temperato speciale ,a basso contenuto di ferro, che lascia passare circa il 91,5% dell'irraggiamento ricevuto.Il modulo fotovoltaico in silicio è costituito da molti strati di materie prime detto laminato e dai materiali accessori atti a renderlo utilizzabile.

Il laminato

Il laminato viene preparato con i seguenti materiali:

  • Vetro (4 mm)
  • Etilene Vinil Acetato - EVA
  • Celle mono o policristalline
  • EVA (composto elastico utilizzato nei moduli fotovoltaici a protezione delle celle fotovoltaiche)
  • Backsheet o Tedlar (copertura di fondo)
Per fabbricare un� unità si dispongono i vari componenti nell�ordine corretto ma partendo dal fondo ( vetro ,un sottile foglio di EVA, le celle rivolte con il lato fotosensibile verso il basso,un altro foglio di EVA e materiale plastico o vetro.
Il tutto viene inviato al laminatore ( forno), che una volta creato il vuoto, riscalda tutto fino a 145 �C per circa dieci minuti, in modo da favorire la polimerizzazione dell'EVA. Se la laminazione viene eseguita correttamente, il laminato è in grado di resistere alle intemperie per almeno 25/30 anni.

Prestazioni e rendimenti

In generale dunque le prestazioni per unità di superficie dei moduli fotovoltaici sono suscettibili di variazioni anche sostanziose in base:

  • al rendimento dei materiali;
  • all'irraggiamento a cui le sue celle sono esposte;
  • all'angolazione con cui la radiazione solare giunge rispetto alla sua superficie;
  • alla temperatura di esercizio dei materiali, che tendono ad "affaticarsi" in ambienti caldi;
  • alla banda spettrale di radiazione solare assorbita (valutata dalla risposta spettrale)
L'efficienza ha ovviamente effetti sulle dimensioni fisiche dell'impianto fotovoltaico: tanto maggiore è l'efficienza tanto minore è la superfici e necessaria di pannello fotovoltaico per raggiungere un determinato livello di potenza elettrica.
In particolare il miglioramento nell' efficienza di un modulo fotovoltaico si può ottenere attraverso l�utilizzato di materiali più puri, oppure attraverso l'uso combinato di più materiali semiconduttori che coprano in assorbimento la maggior parte possibile di spettro della radiazione solare incidente. Tuttavia tanto maggiore è l'efficienza tanto maggiori tendono ad essere i costi in quanto più spinto e raffinato diventa il processo di fabbricazione delle celle.A causa del naturale affaticamento dei materiali, le prestazioni di un pannello fotovoltaico comune diminuiscono di circa un punto percentuale su base annua

English part

A photovoltaic panel is a structure composed by a series of photovoltaic cells that convert the energy of sunlight into electricity by the photovoltaic effect. The photovoltaic cell, or solar cell, is the basic element in the construction of a photovoltaic module. Each cell is connected to the other and all the electricity is converted in a cable. The current created is of the continuous type and to be used in houses, a device must be installed. It transforms the continuous current into alternating current. This system to produce electricity is very efficient but for the required materials it is very expensive.