La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare in maniera diretta l’energia associata alla radiazione solare in energia elettrica sfruttando il fenomeno fotoelettrico.
La conversione energetica avviene in un dispositivo (cella fotovoltaica) costituito da un materiale semiconduttore, opportunamente trattato, all’interno del quale si crea un campo elettrico, che orienta le cariche elettriche generate dalla interazione della radiazione solare (fotoni) con la struttura elettronica del materiale semiconduttore, dando origine ad un flusso di corrente elettrica.
Attualmente il materiale più usato è il silicio monocristallino e policristallino, impiegato in una sottile fetta di spessore compreso tra 0,25 e 0,35 mm.
Il silicio amorfo, utilizzato nella tecnologia a “film sottile” , viene invece spruzzato sotto forma di gas su una superficie di supporto. Tale tecnologia presenta una convenienza maggiore rispetto alle precedenti, in quanto, per la produzione delle celle viene usata una quantità inferiore di materiale, abbassando quindi il costo di produzione. Inoltre possiede un’ampia versatilità e flessibilità di impiego. L’unico svantaggio, non ancora risolto, è la bassa efficienza dovuta alla struttura cristallina instabile del silicio amorfo.
Solo una parte dell’energia radiogena che colpisce la cella è convertita in energia elettrica; l’efficienza di conversione dipende in alta percentuale dalle caratteristiche del materiale costitutivo e si attesta generalmente intorno al 15-20%.
Naturalmente la resa energetica da parte dell’impianto è anche in funzione di fattori geografici e meteorologici, ma dipendente anche dall’orientamento e dall’inclinazione della superficie dei moduli.
Per le latitudini italiane il rendimento massimo si ottiene orientando i moduli verso sud con un angolo di inclinazione rispetto all’orizzonte di 25-30°.
In condizioni standard (a 25°C con 1kW/ m² di irraggiamento) una cella eroga circa 1.5 Watt di potenza ( Wp – potenza di picco o Watt di picco).
Le celle vengono assemblate insieme fra uno strato superiore di vetro ed uno strato inferiore di materiale plastico (Tedlar) e racchiuse da una cornice di alluminio, in modo da costruire un’unica struttura: il modulo fotovoltaico, tradizionalmente costituito da 36 – 72 unità collegate in serie e in parallelo, per una potenza di uscita che va dai 50 agli 300Wp.
A seconda della tensione richiesta dalle utenze elettriche più moduli possono esser connessi, in serie o in parallelo, a costituire una stringa. A loro volta più stringhe collegate in parallelo vanno a costituire il generatore fotovoltaico.
Un complesso di ulteriori dispositivi (BOS) collega il generatore alle utenze, convertendo ed adattando la corrente continua in uscita alle esigenze finali. Ne fanno parte:
- sistema di controllo;
- convertitore CC/CA o inverter;
- protezione di interfaccia;
- sistema d’accumulo.
In base alla loro configurazione elettrica gli impianti fotovoltaici sono suddivisi in:
- STAND ALONE: sistemi autonomi;
- GRID CONNECTED: sistemi allacciati alla rete elettrica nazionale.
Un impianto fotovoltaico connesso alla rete elettrica è composto da questi elementi fondamentali:
- I moduli fotovoltaici;
- Uno o più inverter che trasformano la corrente continua ottenuta dai moduli in corrente alternata;
- Un misuratore di energia prodotta, a valle dell’inverter;
- Un contatore in entrata che misura l’energia elettrica prelevata dalla rete pubblica;
- Un contatore in uscita che misura l’energia elettrica immessa nella rete pubblica (cioè l’energia prodotta e non consumata dall’utenza).
La quantità di energia prodotta da un sistema fotovoltaico è legata ad una serie di fattori che variano da impianto ad impianto, ed i più importanti sono:
-
Latitudine del sito;
-
Area dell’impianto;
-
Angolo di inclinazione della superficie considerata ed angolo d’orientamento rispetto al sud;
-
Efficienza e grado di pulizia dei moduli;
-
Temperatura delle celle;
-
Rendimento dell’inverter e degli altri componenti elettrici convenzionali (cavi, interruttori, etc.).
A titolo indicativo, prendendo in considerazione le latitudini dell’Italia centrale, 1 m2 di moduli, installato su una struttura fissa, è in grado di erogare in media circa 190 kWh/anno, con una produzione maggiore d’estate e minore d’inverno.
