PANNELLI FOTOVOLTAICI
Un modulo fotovoltaico è un dispositivo optoelettronico, composto da celle fotovoltaiche, in grado di convertire l'energia solare incidente in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico. Assemblato in più celle forma un pannello fotovoltaico. Esteticamente è simile al pannello solare termico, che però per mezzo dell'energia solare permette di scaldare un fluido per utilizzo igienico sanitario.
Tecnologie realizzative a confronto
Dei molti materiali impiegabili per la costruzione dei moduli fotovoltaici, il silicio è in assoluto il più utilizzato. Il silicio viene ottenuto in wafer che vengono in seguito uniti tra loro a formare un modulo fotovoltaico.
Le tipologie costruttive delle celle fotovoltaiche più comuni sono:
Silicio monocristallino: presentano efficienza dell'ordine del 16-21%. Sono tendenzialmente costose e, dato che i wafer vengono tagliati da lingotti cilindrici, è difficile ricoprire con essi superfici estese senza sprecare materiale o spazio.
Silicio policristallino: celle più economiche, ma meno efficienti (15-16%), il cui vantaggio risiede nella facilità con cui è possibile tagliarle in forme adatte ad essere unite in moduli.
Silicio "ribbon" (a nastro): preparate da silicio fuso colato in strati piani. Queste celle sono ancora meno efficienti (13,5-15%), ma hanno il vantaggio di ridurre al minimo lo spreco di materiali, non necessitando di alcun taglio. Un approccio alternativo procede con la ricopertura dell'intero modulo con il materiale desiderato e il successivo disegno delle celle da parte di un laser.
Silicio amorfo depositato da fase vapore: hanno un'efficienza bassa (8%), ma sono molto più economiche da produrre. Il silicio amorfo (Si-a) possiede un bandgap maggiore del silicio cristallino (Si-c) (1,7 eV contro 1,1 eV): ciò significa che è più efficiente nell'assorbire la parte visibile dello spettro della luce solare, ma meno efficace nel raccoglierne la parte infrarossa. Dato che il silicio nanocristallino (con domini cristallini dell'ordine del nanometro) ha circa lo stesso bandgap del Si-c, i due materiali possono essere combinati creando una cella a strati, in cui lo strato superiore di Si-a assorbe la luce visibile e lascia la parte infrarossa dello spettro alla cella inferiore di silicio nanocristallino.
CIS: basate su strati di calcogenuri (ad es. Cu(InxGa1-x)(SexS1-x)2). Hanno un'efficienza fino all'15%, ma il loro costo è ancora troppo elevato.
Celle fotoelettrochimiche: queste celle, realizzate per la prima volta nel 1991, furono inizialmente concepite per imitare il processo di fotosintesi. Questo tipo di cella permette un uso più flessibile dei materiali e la tecnologia di produzione sembra essere molto conveniente. Tuttavia, i coloranti usati in queste celle soffrono problemi di degrado se esposti al calore o alla luce ultravioletta. Nonostante questo problema, questa è una tecnologia emergente con un impatto commerciale previsto entro una decina di anni.
Cella fotovoltaica ibrida: combina i vantaggi dei semiconduttori organici e di vari tipi di semiconduttori inorganici.
Cella fotovoltaica a concentrazione: unisce alle tecnologie di cui sopra, delle lenti a concentrazione solare che aumentano sensibilmente l'efficienza. Rappresentano la nuova promettente generazione di pannelli ancora in fase di sviluppo.
Nuove tecnologie
Grazie alle ultime innovative tecnologie i vantaggi dell'utilizzo di pannelli fotovoltaici possono essere ulteriormente aumentati. Infatti, negli attuali pannelli fotovoltaici, le piccole celle addette alla trasformazione dell’energia vengono costruite in materiale cristallino ed attraversate da una lamina di silicio riuscendo ad offrire un rendimento medio pari al 12 – 15%. Ben presto, questo rendimento verrà quasi raddoppiato grazie al fatto che la lamina in silicio sarà sostituita con una fatta di Tellurio o Gallio.
Altra novità in arrivo, riguarda un pannello solare costituito da un nuovo sottilissimo film molto flessibile che renderà possibile l’installazione dell’impianto senza che venga previsto alcun supporto. Per il momento sono stati installati in Italia un paio di prototipi di impianti di questo tipo capaci di far riscontrare un abbattimento dei costi di installazione vista la mancanza del supporto e visto che, per presentare tale flessibilità, il pannello e le sue celle devono essere costruite in rame, indio oppure gallio. Tali pannelli dovrebbero avere in linea teorica un rendimento che si attesta intorno al 25%. Inoltre, sono allo studio delle celle fotovoltaiche spalmabili formate da sottilissime pellicole che potranno essere installate su una superficie liscia in maniera molto semplice.
La tecnologia di costruzione si basa su materiali nanocristalli grazie al quale si riesce a conseguire un considerevole abbattimento dell’impatto ambientale dell’impianto. Infine, un’ultima straordinaria tecnologia sta rendendo possibile la realizzazione di pannelli fotovoltaici in grado di pulirsi da soli eliminando di fatto una delle maggiori problematiche di manutenzione del fotovoltaico.
Questa nuova tecnologia è stata sviluppata da un’azienda americana. La superficie esterna viene ricoperta di un materiale elettricamente sensibile che una volta individuata un'alta concentrazione di polvere tramite un apposito sensore, provvede ad inviare una scarica elettrica che spazzerà via tutte le impurità.
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