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Una descrizione dettagliata delle celle fotovoltaiche

Le celle fotovoltaiche sono la base degli impianti solari per la produzione di energia pulita. Questi dispositivi elettrici sono in grado di convertire l’energia del sole in elettricità, sfruttando l’effetto fotovoltaico. E la cella costituisce solo un piccolo - ma fondamentale - tassello del puzzle che compone i moduli fotovoltaici.

In questo articolo scopriremo insieme com’è composta.


Com’è composta una cella fotovoltaica

Solitamente, ogni cella è caratterizzata da una forma quadrata, con dimensioni di circa 12,5 cm per lato, e uno spessore che oscilla tra 0,25 e 0,35 mm. Il silicio è il materiale più diffuso per la realizzazione di queste celle solari. Tuttavia, l’avvento dei sistemi a film sottile ha condotto all’introduzione di nuovi componenti, come il diseleniuro di rame, l’indio e il tellururo di cadmio.

I dispositivi elettrici fotovoltaici sono equipaggiati di due strati, N e P, dotati rispettivamente di carica negativa e positiva. Grazie alla superficie anti-riflettente, le celle sono in grado di assorbire la luce solare.

Com'è composta una cellula fotovoltaica (Fonte: ResearchGate)
Com'è composta una cellula fotovoltaica (Fonte: ResearchGate)

Come funzionano le celle fotovoltaiche

Le celle fotovoltaiche funzionano grazie all’effetto fotovoltaico, trasformando  l’energia solare incidente in elettricità. La struttura assorbe il fotone (una particella di luce), che entra in contatto con lo strato positivo della cella. A seguito dell’attiguità con P, il fotone rilascia un elettrone, che viene incanalato verso il circuito, generando così l’elettricità.

La cella fotovoltaica rappresenta soltanto uno dei nuclei dei pannelli solari. Ogni cella è collegata alle restanti mediante elementi metallici, dando vita a circuiti in parallelo o in serie. Dalla loro unione nasce il modulo fotovoltaico, noto anche come pannello solare, il dispositivo che cattura la luce del sole, avviando il processo di trasformazione in energia elettrica. Il modulo viene posizionato su delle strutture di sostegno, in modo da consentire l’orientamento e l’inclinazione corretti.

Come funzionano le celle fotovoltaiche
Come funzionano le celle fotovoltaiche
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Tipi di celle fotovoltaiche

Esistono diverse tipologie di celle fotovoltaiche in commercio, come:

  • Celle fotovoltaiche di silicio monocristallino (quelle che utilizziamo in Otovo): le celle in silicio monocristallino sono di colore blu scuro, tendente al nero. I dispositivi sono composti da cristalli di silicio monocristallino e si caratterizzano per i bordi smussati e l’orientamento tutti nella stessa direzione. I pannelli solari realizzati con questo tipo di celle garantiscono un’efficienza energetica del 18-21 %, in presenza di luce perpendicolare.
  • Celle fotovoltaiche di silicio policristallino: le celle fotovoltaiche di silicio policristallino sono costituite da cristalli di silicio con orientamento diverso. I moduli solari composti da tali celle sono dotati di un’efficienza inferiore rispetto alle prime in silicio monocristallino, ma riescono a sfruttare in miglior modo il rendimento durante la giornata.
  • Celle fotovoltaiche di silicio amorfo idrogenato: le celle solari in silicio amorfo idrogenato appartengono ai dispositivi di seconda generazione. I pannelli fotovoltaici realizzati con questo materiale assicurano una performance maggiore e un basso degrado del modulo. In questa maniera, i pannelli fotovoltaici garantiscono una maggiore efficienza.
  • Celle fotovoltaiche al tellururo di cadmio: il tellururo di cadmio rappresenta un ottimo semiconduttore per la realizzazione dei pannelli fotovoltaici, nonostante venisse inizialmente considerato come un materiale di scarto dell’estrazione dei minerali. Le celle fotovoltaiche di questa tipologia sono dotate di una maggiore capacità di assorbimento della luce e sopportano più a lungo l’esposizione a temperature elevate. Tuttavia, il tellururo di cadmio è un elemento tossico, da maneggiare con cura e con precisi accorgimenti di contenimento.
  • Celle fotovoltaiche al seleniuro di rame, indio e gallio: le celle al seleniuro di rame, indio e gallio rappresentano uno dei migliori prodotti della ricerca per l’energia solare. Questo materiale è caratterizzato dal più alto coefficiente di assorbimento tra i semiconduttori adoperati per le celle fotovoltaiche. L’efficienza dei pannelli realizzati con tali celle solari è superiore al 21%.
    Celle fotovoltaiche in perovskite: la perovskite è un minerale di biossido di titanato di calcio, che si contraddistingue per la struttura cristallina estremamente regolare. Le celle perovskitiche sono state oggetto di un’intensa attività di ricerca, considerati i bassi costi di produzione e l’elevato coefficiente di efficienza. Tuttavia, la lavorazione delle celle in perovskite richiede l’impiego del piombo, una sostanza inquinante.

I benefici dei pannelli fotovoltaici

Fortunatamente, sempre più consumatori si stanno avvicinando al mondo del fotovoltaico, poiché una scelta di questo tipo corrisponde a un beneficio sia sul piano economico, che ambientale. Gli impianti fotovoltaici, infatti, rappresentano uno dei sistemi più efficienti per la produzione di energia pulita; e non sono da trascurare nemmeno i vantaggi economici, derivanti dalla notevole riduzione dei costi in bolletta. Inoltre, la scelta di optare per una produzione di energia elettrica sostenibile per la propria abitazione determina un aumento del valore immobiliare.

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Domande frequenti

Come funzionano le celle fotovoltaiche?

La cella fotovoltaica è composta da silicio: questo materiale semiconduttore può convertire l'energia della radiazione solare (luce) in energia elettrica. Quando i fotoni (particelle di energia) della luce solare colpiscono la cella fotovoltaica, una parte di energia si trasforma in calore, una parte viene riflessa, e un'ultima parte provoca uno spostamento degli elettroni degli atomi nel materiale semiconduttore.

Da quante celle fotovoltaiche è composto un pannello solare?

I pannelli fotovoltaici monocristallini sono costituiti da 48, 60, 72 oppure fino a 96 celle ciascuno.

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