In che modo le celle fotovoltaiche convertono la luce solare in elettricità?

L'energia solare sta guidando la rivoluzione verde. Se stai pensando di installare un sistema solare fotovoltaico (PV) a casa tua, non hai bisogno di sapere come funzionano le celle fotovoltaiche. Il tuo installatore solare conosce i dettagli e sa quali tipi di pannelli utilizzare in una determinata applicazione.

Ma i sistemi fotovoltaici costano un sacco di soldi e i clienti sono generalmente interessati a conoscere il più possibile i dettagli. Più capisci, migliore sarà il tuo processo decisionale.

Una cella FV standard è un sottile sandwich a semiconduttore, con due strati di silicio altamente purificato. Gli array fotovoltaici non sono altro che enormi matrici di sandwich di semiconduttori interconnessi. I sistemi fotovoltaici utilizzabili comprendevano tutti i tipi di apparecchiature che proteggono l'utente dalle scosse elettriche, immagazzinano l'elettricità in banchi di batterie e convertono la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA), che è ciò che le persone usano nelle loro case. Ma al centro di ogni sistema c'è un semplice processo di conversione.

Una cella fotovoltaica trasforma la luce in elettricità.

Una cella di base ha uno spessore di circa 1/100 di pollice, con un'ampia gamma di aree superficiali. Una durata di vita tipica è di oltre 25 anni e sono presenti celle che hanno prodotto elettricità in modo affidabile per oltre 40 anni. Questa longevità è in definitiva dovuta ai rivestimenti e alle strutture di inquadratura che proteggono le cellule.

Un modulo è un insieme di singole celle, collegate in serie e in parallelo progettate per fornire prestazioni ottimali.

In un collegamento in serie, la tensione è additiva, mentre in un collegamento in parallelo, la corrente è additiva.

Una tipica cella fotovoltaica produce circa mezzo volt di potenza elettrica. Quando 36 celle fotovoltaiche sono collegate in serie, il risultato è un modulo da 18 volt. Un modulo o pannello è un numero di singole celle interconnesse e alloggiate in un prodotto finito. Un tipico modulo fotovoltaico in un'applicazione residenziale misura circa 2,5 piedi per 5 piedi, in bluastro o nero. I telai sono color alluminio o neri, quest'ultimo è la scelta schiacciante della maggior parte dei proprietari di case in questi giorni (hanno solo un aspetto migliore).

È possibile ottenere un'ampia gamma di uscite in tensione e corrente, a seconda di come le singole celle sono collegate tra loro. La quantità di energia che un modulo può produrre è una funzione della superficie totale, nonché della quantità di luce solare che colpisce il modulo.

I moduli tipici sono rettangolari e sono disponibili in una varietà di dimensioni e configurazioni. I piccoli moduli (del tipo utilizzato nelle calcolatrici portatili) emettono meno di un singolo watt di potenza, mentre un tipico modulo residenziale produce circa 200 watt di potenza, più o meno.

I moduli sono caratterizzati da:

• Materiale cellulare o tipo di processo al silicio utilizzato

• Materiale per vetri

• Telaio e collegamenti elettrici

La caratteristica più importante di una cella è la composizione della struttura del silicio. Le singole celle cristalline possono essere colate in un lingotto di cristalli multipli. Oppure i materiali cristallini possono anche essere depositati come un film sottile, che viene indicato come silicio amorfo .

I singoli wafer di silicio utilizzati per fabbricare le celle fotovoltaiche sono incorporati con contatti metallici (fili). Le celle sono rivestite con un materiale antiriflesso in modo che la massima quantità di luce solare venga assorbita in ciascuna cella.

Le celle monocristalline sono più efficienti di quelle policristalline perché, nelle celle policristalline, i confini tra i grani introducono resistenza al flusso di corrente (che consuma energia). Il silicio amorfo è molto meno costoso da produrre, ma è solo circa la metà efficiente nel convertire la luce solare in energia elettrica utilizzabile. In termini pratici, ciò significa che un sistema amorfo richiede il doppio della superficie per produrre la stessa quantità di potenza. A seconda di quanta superficie è disponibile, questo potrebbe o meno essere un problema. Nella maggior parte delle applicazioni residenziali, lo spazio sul tetto adatto è limitato, quindi l'efficienza è un fattore importante.