Come funziona gli impianti fotovoltaici?

‍Effetto Fotovoltaico: Il Cuore dell'Energia Solare

L'effetto fotovoltaico è il principio fisico alla base del funzionamento delle celle solari. Questo fenomeno fu osservato per la prima volta nel 1839 dal fisico francese Alexandre-Edmond Becquerel. Tuttavia, ci volle più di un secolo per sviluppare la tecnologia necessaria per sfruttare l'effetto fotovoltaico in modo efficiente.

In termini semplici, l'effetto fotovoltaico descrive la trasformazione di energia luminosa (fotoni) in energia elettrica all'interno di un materiale semiconduttore. Quando i fotoni colpiscono il materiale semiconduttore, possono trasferire la loro energia agli elettroni. Questo può dare agli elettroni abbastanza energia per superare la barriera di potenziale del materiale, liberandoli e creando una corrente elettrica.

Le Celle Fotovoltaiche: Dove Tutto Comincia

Le celle fotovoltaiche sono i dispositivi che effettivamente realizzano la conversione dell'energia solare in energia elettrica. Queste celle sono costituite da due strati di materiale semiconduttore, di solito silicio. Un lato della cella è "drogato" per avere una carica positiva (P), l'altro per avere una carica negativa (N). Questo crea un campo elettrico tra i due strati.

Quando i fotoni colpiscono la cella, possono liberare gli elettroni. Il campo elettrico all'interno della cella forza gli elettroni a muoversi in una direzione specifica, creando una corrente. Questa corrente, insieme alla tensione del campo elettrico, genera energia elettrica.

I Moduli Fotovoltaici: L’Unione fa la Forza

Le celle fotovoltaiche sono spesso raggruppate insieme per formare moduli fotovoltaici, noti anche come pannelli solari. Questo perché una singola cella produce solo una piccola quantità di energia. Collegando le celle insieme, si può aumentare la quantità di energia prodotta.

La maggior parte dei moduli fotovoltaici ha una struttura a sandwich, con le celle fotovoltaiche al centro. Queste sono di solito coperte da uno strato protettivo trasparente (per permettere alla luce di raggiungere le celle) e sostenute da uno strato di materiale rigido sul retro. Il modulo ha anche un telaio in alluminio per protezione e facilità di installazione.

Inverter: Da Corrente Continua a Corrente Alternata

L'energia prodotta dalle celle fotovoltaiche è in forma di corrente continua (DC). Tuttavia, la maggior parte dei dispositivi domestici e delle reti elettriche utilizza corrente alternata (AC). Ecco dove entra in gioco l'inverter.

L'inverter è un dispositivo che converte la corrente continua prodotta dai pannelli solari in corrente alternata. Questo processo di conversione è fondamentale per rendere l'energia solare utilizzabile nelle nostre case e nelle reti elettriche.

Esistono diversi tipi di inverter, tra cui gli inverter stringa, gli inverter centralizzati, gli inverter ottimizzati e gli inverter a modulo. La scelta del tipo di inverter dipende da vari fattori, tra cui la dimensione dell'impianto, l'ombreggiamento del sito e il bilanciamento desiderato tra costi e prestazioni.

Sistema di Montaggio e Orientamento

Una volta che i moduli fotovoltaici sono assemblati e l'inverter è pronto, l'ultimo passo per completare l'impianto fotovoltaico è l'installazione fisica. Questo coinvolge l'utilizzo di un sistema di montaggio per fissare i pannelli solari in posizione, che sia installato su tetto, su pensilina, a terra o su altro.

L'orientamento dei pannelli è fondamentale per massimizzare l'efficienza dell'impianto. In generale, i pannelli dovrebbero essere orientati verso sud, ma ultimamente si tende ad esporre gli impianti fotovoltaici su più esposizioni, partendo da est e arrivando a ovest e passando per il sud, massimizzando cosi l’autoconsumo avendo infatti energia costante dalla mattina fino a fine pomeriggio.

Manutenzione e Monitoraggio

Nonostante la loro apparente semplicità, gli impianti fotovoltaici richiedono una minima manutenzione e sicuramente una serie di accortezze in fase installativa: e’ importante infatti scegliere il sistema corretto di ancoraggio sul tetto, i giusti componenti (inverter, pannelli e materiale elettrico) oltre al giusto sistema di monitoraggio per ridurre al minimo i costi di manutenzione nel tempo. Tra le giuste azioni periodiche si include la pulizia regolare dei pannelli per rimuovere polvere e detriti che potrebbero ostacolare l'assorbimento della luce solare. Inoltre, i componenti dell'impianto dovrebbero essere ispezionati regolarmente per rilevare eventuali problemi.

Dicevamo che molti impianti fotovoltaici moderni includono anche sistemi di monitoraggio che permettono ai proprietari di controllare la performance dell'impianto in tempo reale. Questo può aiutare a identificare rapidamente eventuali problemi, monitorando anche il singolo pannello, e a ottimizzare l'efficienza dell'impianto.

In conclusione, gli impianti fotovoltaici rappresentano un modo potente e sempre più accessibile per produrre energia rinnovabile. Nonostante la complessità tecnica alla base del loro funzionamento, il principio di base è abbastanza semplice: convertire la luce solare in energia elettrica. Speriamo che questo approfondimento tecnico ti abbia fornito una migliore comprensione di come funzionano questi incredibili sistemi.