Come funziona il fotovoltaico

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Come si trasforma l’energia solare in energia elettrica?

Le celle fotovoltaiche convertono la luce solare in elettricità
Una cella fotovoltaica, comunemente chiamata cella solare, è un dispositivo che converte la luce solare direttamente in elettricità.

I fotoni trasportano l’energia solare
La luce solare è composta da fotoni o particelle di energia solare. Questi fotoni contengono quantità variabili di energia che corrispondono alle diverse lunghezze d’ onda dello spettro solare.

Una cella fotovoltaica è realizzata in materiale semiconduttore. Quando i fotoni colpiscono una cella fotovoltaica, possono riflettersi sulla cella, passare attraverso la cella o essere assorbiti dal materiale semiconduttore. Solo i fotoni assorbiti forniscono energia per generare elettricità. Quando il materiale semiconduttore assorbe abbastanza luce solare (energia solare), gli elettroni sono “staccati” dagli atomi del materiale. Il trattamento speciale della superficie della cella la rende più ricettiva agli elettroni liberi, in modo che gli elettroni migrino naturalmente verso la superficie della cellula.

Il movimento degli elettroni, ciascuno con carica negativa, verso la superficie anteriore della cella crea uno squilibrio di carica elettrica tra la superficie anteriore e posteriore della cella. Questo squilibrio, a sua volta, crea un potenziale di tensione come i terminali negativo e positivo di una batteria. I conduttori elettrici sulla cella assorbono gli elettroni. Quando i conduttori sono collegati in un circuito elettrico a un carico esterno, come una batteria, l’elettricità fluisce nel circuito.

L’efficienza con cui le celle convertono la luce solare in elettricità varia a seconda del tipo di materiale semiconduttore e della tecnologia delle celle. I ricercatori di tutto il mondo stanno cercando di raggiungere una efficienza sempre maggiore.

La cella fotovoltaica è la componente base di un impianto fotovoltaico. Una sola cella produce solo 1 o 2 Watt, sufficiente solo per piccoli usi.

Le celle sono collegate elettricamente in un modulo o pannello fotovoltaico a tenuta stagna. I moduli variano per dimensioni e quantità di energia elettrica prodotta. La capacità di generazione di energia elettrica del modulo fotovoltaico aumenta con il numero di celle nel modulo o della superficie del modulo. I moduli fotovoltaici possono essere collegati in gruppi per formare un campo fotovoltaico.

Le celle fotovoltaiche generano corrente continua (DC). Questa corrente DC può essere utilizzata per caricare batterie che, a loro volta, alimentano dispositivi che utilizzano corrente continua. Quasi tutta l’elettricità viene fornita in corrente alternata (AC) nei sistemi di trasmissione e distribuzione dell’elettricità. I dispositivi chiamati inverter sono utilizzati sui moduli o negli array per convertire l’elettricità CC in corrente alternata (AC).

Le celle e i moduli fotovoltaici producono la maggior quantità di elettricità quando sono esposti direttamente al sole. La maggior parte degli impianti fotovoltaici hanno moduli in posizione fissa con i moduli rivolti direttamente a sud (nell’ emisfero nord, direttamente a nord nell’ emisfero sud) e con un angolo che ottimizza le prestazioni fisiche ed economiche dell’impianto.

Applicazioni di impianti fotovoltaici
I sistemi fotovoltaici, in funzione delle dimensioni, possono fornire elettricità per pompare l’acqua, per alimentare le apparecchiature di comunicazione, per fornire elettricità ad una singola casa o un’attività commerciale, o per formare grandi reti che forniscono elettricità a migliaia di consumatori di elettricità.

I sistemi fotovoltaici possono fornire energia elettrica in luoghi in cui non esistono sistemi di distribuzione di energia elettrica.
Possono anche fornire energia elettrica a una rete elettrica. L’impatto ambientale degli impianti fotovoltaici è minimo.

Storia del fotovoltaico
La prima cella fotovoltaica è stata sviluppata nel 1954 da ricercatori della Bell Telephone. A partire dalla fine degli anni’ 50, le celle fotovoltaiche sono state utilizzate per alimentare i satelliti spaziali. Poi, sono stati ampiamente utilizzati per alimentare calcolatrici e orologi. Alla fine degli anni ’70, i pannelli fotovoltaici fornivano energia elettrica in luoghi remoti o non collegati alla rete che non disponevano di linee elettriche. Successivamente la maggior parte dei pannelli fotovoltaici sono stati installati in impianti collegati alla rete su abitazioni, edifici e centrali elettriche. I progressi tecnologici, la riduzione dei costi per i sistemi fotovoltaici e vari incentivi finanziari e le politiche energetiche hanno contribuito ad espandere notevolmente l’uso del fotovoltaico a partire dalla metà degli anni Novanta.

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