Come funziona un pannello solare fotovoltaico

Un pannello solare fotovoltaico produce elettricità grazie a numerose celle fotovoltaiche montate in serie e/o in parallelo. Ogni cella produce circa 0,5 volt (V).

Nella parte superiore, una lastra di vetro lascia passare la luce e l’energia che essa trasporta. Nella parte inferiore, un pannello rigido protegge l’insieme. Il tutto è tenuto insieme da un telaio rigido che protegge il pannello dagli urti. Se si osserva un pannello fotovoltaico, lo si riconosce facilmente perché le celle formano una sorta di reticolo e il materiale di cui sono fatte emette riflessi blu o grigi. Un cavo uscente dal telaio fornisce una corrente continua a tensione costante.

Senza entrare troppo nei dettagli, vediamo ciò che accade nei vari strati che compongono un pannello solare fotovoltaico. Per comprendere, bisogna ricordare che un atomo è costituito da un nucleo attorno al quale gravitano degli elettroni organizzati in strati. Le proprietà fisiche dell’atomo dipendono dal numero di elettroni di questo strato esterno.

Per proprietà fisiche, si intende la sua capacità di legarsi ad altri atomi per formare molecole, cristalli o diventare uno ione. Se gli elettroni vengono rimossi da questi atomi e messi in movimento, si può generare la corrente.

Una cella fotovoltaica è composta da materiali semiconduttori come quelli che si trovano in numerosi componenti elettronici. Per realizzare questi semiconduttori, bisogna innanzitutto scegliere una famiglia di atomi con 4 elettroni sul loro strato esterno: si tratta dei cosiddetti atomi tetravalenti. Hanno la capacità di raggrupparsi in modo organizzato per formare un cristallo.

Il concetto di base per costruire dei materiali semiconduttori è quello di introdurre impurità ben selezionate in questa struttura: si parla quindi di drogaggio. Se si inseriscono in questo cristallo degli atomi con tre elettroni sul loro strato esterno, si verificherà un deficit di elettroni. Essendo un elettrone carico negativamente, si ottiene una carica positiva, si parla di drogaggio p. Viceversa, se si introducono atomi con 5 elettroni sul loro strato esterno, si ha un eccesso di elettroni, il cristallo è quindi carico negativamente e si parla di drogaggio n. Se si incolla una lastra di materiale drogato n a una lastra di materiale drogato p, creiamo quella che viene chiamata giunzione p-n. In questa giunzione, le cariche negative su un lato e le cariche positive sull'altro creano un campo elettrico.

La cella è costituita da una giunzione p-n con una griglia metallica sulla parte superiore e un collettore conduttivo sulla parte posteriore. I fotoni della luce colpiscono il semiconduttore drogato n. Questi fotoni trasmettono la loro energia agli elettroni, che si liberano così dall'attrazione del nucleo attorno al quale gravitano.

Il campo elettrico della giunzione p-n spinge questi elettroni verso la griglia metallica. Questi elettroni fluiscono quindi attraverso il circuito a cui è collegato il pannello, ritornano attraverso il contatto posteriore nel semiconduttore dove sono nuovamente attratti da un nucleo.

L'intensità, la tensione e quindi la potenza dipendono dal numero di celle collegate sia in serie che in parallelo. La tensione di uscita di un pannello è continua, adatta a ricaricare una batteria o ad alimentare un camper. Per utilizzare questa corrente in casa o per rivenderla al gestore, è necessario collegare un inverter che trasforma la corrente continua in corrente alternata di 220 V e 50 Hz.

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