Le celle fotovoltaiche, note anche come celle solari, sono dispositivi essenziali per la conversione dell’energia solare in elettricità. Queste tecnologie rappresentano il cuore degli impianti solari fotovoltaici, contribuendo in modo significativo alla produzione di energia pulita e rinnovabile.

Composizione e funzionamento delle celle fotovoltaiche

Una cella fotovoltaica è costituita da vari strati con ruoli specifici nella conversione dell’energia solare. Tra gli elementi principali troviamo:

1. Strato superiore antiriflesso: Riduce le perdite di energia causate dalla riflessione della luce solare sulla superficie della cella, migliorando l’assorbimento della luce.
2. Strato di drogaggio: Fondamentale per la creazione della zona di giunzione, responsabile della generazione di corrente elettrica.
3. Strato di contatto posteriore: Facilita il collegamento elettrico, permettendo il flusso di corrente verso l’esterno della cella.
4. Strato di supporto: Fornisce supporto strutturale e protezione agli strati interni.

Il materiale più comune utilizzato per la realizzazione delle celle fotovoltaiche è il silicio. Il processo di conversione dell’energia solare in elettricità sfrutta l’effetto fotovoltaico, in cui i fotoni della luce solare colpiscono la cella solare, liberando elettroni che generano una corrente elettrica.

Tipologie di celle fotovoltaiche

Esistono diverse tipologie di celle fotovoltaiche, ognuna con caratteristiche specifiche:

1. Celle solari di silicio monocristallino: Offrono un’alta efficienza (18-21%) e sono riconoscibili per il loro colore blu scuro tendente al nero.
2. Celle solari di silicio policristallino: Meno efficienti delle monocristalline, ma più economiche, sfruttano meglio la luce durante il giorno.
3. Celle solari di silicio amorfo idrogenato: Di seconda generazione, offrono una performance migliore e un basso degrado del modulo.
4. Celle solari al tellururo di cadmio: Hanno un’alta capacità di assorbimento della luce, ma il tellururo di cadmio è tossico e richiede precauzioni specifiche.
5. Celle solari al seleniuro di rame, indio e gallio: Offrono un’efficienza superiore al 21% grazie all’alto coefficiente di assorbimento.
6. Celle solari in perovskite: Economiche e con un elevato coefficiente di efficienza, richiedono l’uso del piombo, un elemento inquinante.

Connessione delle celle fotovoltaiche

Le celle fotovoltaiche vengono collegate per formare pannelli solari, essenziali per un sistema fotovoltaico. La connessione può essere fatta in serie, per aumentare la tensione, o in parallelo, per aumentare la corrente. Entrambe le configurazioni sono utilizzate in base alle esigenze specifiche del sistema.

Fattori che influenzano il rendimento delle celle fotovoltaiche

Diversi fattori possono influenzare l’efficienza delle celle fotovoltaiche:

1. Configurazione del tetto: La dimensione, forma e inclinazione del tetto influenzano l’esposizione alla luce solare.
2. Angolazione rispetto ai raggi solari: L’angolazione del tetto rispetto al sole cambia con le stagioni e influisce sulla quantità di luce catturata.
3. Stagione e intensità della luce solare: Le variazioni stagionali e giornaliere dell’intensità della luce solare influenzano la quantità di energia prodotta.
4. Tempo di esposizione alla luce solare: La durata dell’esposizione diretta alla luce solare è cruciale per l’efficienza.
5. Temperatura delle celle: Temperature elevate possono ridurre l’efficienza delle celle.

Benefici dell’installazione di un impianto fotovoltaico

L’adozione di impianti fotovoltaici offre numerosi vantaggi economici e ambientali:

1. Risparmio sulle bollette energetiche: L’energia solare prodotta è praticamente gratuita una volta ammortizzato l’impianto.
2. Riduzione dell’impatto ambientale: Contribuisce alla lotta contro il cambiamento climatico riducendo la dipendenza da fonti energetiche non rinnovabili.
3. Incremento del valore immobiliare: Gli edifici dotati di impianti fotovoltaici sono più attrattivi per gli acquirenti.

Innovazioni e curiosità sulle celle fotovoltaiche

L’evoluzione delle celle fotovoltaiche continua con importanti progressi tecnologici:

1. Moduli solari da 54 celle: Nuovi moduli con tecnologia half-cut che offrono potenza equivalente con meno celle.
2. Celle solari sottili: Offrono versatilità e possono essere integrate in applicazioni come superfici curve o indumenti.
3. Celle fotovoltaiche tandem: Unione di diverse celle solari che possono raggiungere un’efficienza del 28,7%.
4. Celle fotovoltaiche spaziali: Ricerca sull’uso della pirite per celle solari lunari, per alimentare future basi spaziali.
5. Celle solari organiche-perovskite: Un nuovo record di efficienza del 24% grazie alla combinazione di semiconduttori organici e perovskiti.
6. Celle termofotovoltaiche: Capacità di trasformare il calore in elettricità con un’efficienza vicina al 40%.

L’adozione delle celle fotovoltaiche non solo rappresenta un passo avanti verso la sostenibilità ambientale, ma offre anche vantaggi economici tangibili. Investire in un impianto fotovoltaico è una scelta intelligente e sostenibile per il futuro.