Le celle fotovoltaiche: tutto quello che devi sapere
Una descrizione dettagliata delle celle fotovoltaiche
Le celle fotovoltaiche, conosciute anche come celle solari, rappresentano il fondamento degli impianti solari fotovoltaici per la generazione di energia pulita e rinnovabile. Questi dispositivi elettrici hanno la capacità di trasformare l'energia solare in elettricità, sfruttando l'effetto fotovoltaico. La cella fotovoltaica costituisce un elemento essenziale - seppur piccolo - all'interno del complesso dei moduli solari.
In questo articolo, esploreremo insieme la composizione di una cella fotovoltaica e le informazioni fondamentali che è importante conoscere a riguardo.
Ma prima di conoscere di più sulle celle fotovoltaiche, calcolati subito un preventivo gratuito e personalizzato per un impianto fotovoltaico con Otovo! Ti basterà immettere l'indirizzo di tuo interesse nella barra di ricerca sottostante:
La definizione di celle fotovoltaiche
Le celle fotovoltaiche, fondamentali nella generazione di energia dall'irraggiamento solare, rappresentano un pilastro tecnologico della nostra transizione verso fonti energetiche più sostenibili. Queste celle sfruttano il silicio come materiale principale, il quale possiede una caratteristica essenziale: richiede una quantità minima di energia per attivare gli elettroni di valenza e generare così una corrente elettrica quando colpito dalla luce solare.
Per consentire agli elettroni di passare dalla banda di valenza alla banda di conduzione, si utilizza una pratica chiamata drogaggio. Questo processo comporta l'inserimento di impurità, come il boro (che aggiunge cariche positive) e il fosforo (che aggiunge cariche negative), all'interno del semiconduttore di silicio.
Il drogaggio crea una sorta di barriera, conosciuta come zona di giunzione, che richiede una differenza di potenziale per essere superata. Questo processo consente la formazione di un diodo, il quale facilita il flusso di corrente elettrica in un'unica direzione, trasformando così l'energia luminosa in energia elettrica utilizzabile.
Com’è composta una cella fotovoltaica
Una cella fotovoltaica è costituita da vari strati che svolgono ruoli specifici nel processo di conversione dell'energia solare. Tra gli elementi principali si includono:
- Strato superiore antiriflesso: Questo strato è progettato per ridurre le perdite di energia causate dalla riflessione della luce solare sulla superficie della cella fotovoltaica, migliorando così l'assorbimento della luce solare.
- Strato di drogaggio: Fondamentale per la creazione della zona di giunzione, questo strato è responsabile della generazione di corrente elettrica quando la luce solare colpisce la cella.
- Strato di contatto posteriore: Questo strato facilita il collegamento elettrico per consentire il flusso di corrente verso l'esterno della cella, trasportando l'energia prodotta verso l'inverter per la sua conversione in energia elettrica utilizzabile.
- Strato di supporto: Questo strato fornisce il supporto strutturale alla cella fotovoltaica, garantendo la protezione degli strati interni e contribuendo alla sua durabilità nel tempo.
Insieme, questi strati lavorano sinergicamente per massimizzare l'efficienza della cella fotovoltaica e consentire la generazione di energia pulita e sostenibile a partire dall'irraggiamento solare.
Solitamente, le celle fotovoltaiche sono caratterizzate 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.
Come accennato nel paragrafo precedente, silicio è il materiale più diffuso per la realizzazione di queste celle fotovoltaiche. Tuttavia, l’avvento dei sistemi a film sottile ha condotto all’introduzione di nuovi componenti per la costruzione delle celle fotovoltaiche, 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 fotovoltaiche sono in grado di assorbire la luce solare.
Nell'infografica qui sotto puoi vedere lo schema delle celle fotovoltaiche:
Il funzionamento delle 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 solare. A seguito dell’attiguità con P, il fotone rilascia un elettrone, che viene incanalato verso il circuito, generando così l’elettricità tramite la cella fotovoltaica.
Attenzione però: le celle fotovoltaiche rappresentano soltanto uno dei nuclei dei pannelli solari fotovoltaici e dunque di un impianto fotovoltaico. Ogni cella fotovoltaica è collegata alle restanti mediante elementi metallici, che danno vita a circuiti in parallelo o in serie. Dalla loro unione nasce il modulo fotovoltaico, noto anche come pannello solare fotovoltaico, il dispositivo che cattura la luce del sole, avviando il processo di trasformazione in energia elettrica. Il modulo fotovoltaico viene posizionato su delle strutture di sostegno, in modo da consentire l’orientamento e l’inclinazione corretti.
Dai un'occhiata a questo video per scoprire di più su come sono fatte le celle solari fotovoltaiche!
Passa all'energia solare con Otovo!Tipi di celle fotovoltaiche
Esistono diverse tipologie di celle fotovoltaiche in commercio, come per esempio:
- Le celle fotovoltaiche di silicio monocristallino (quelle che utilizziamo in Otovo): le celle solari 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 fotovoltaici realizzati con questo tipo di celle fotovoltaiche garantiscono un’efficienza energetica del 18-21 %, in presenza di luce perpendicolare.
- Le celle fotovoltaiche di silicio policristallino: le celle fotovoltaiche di silicio policristallino sono costituite da cristalli di silicio con orientamento diverso. I moduli solari fotovoltaici composti da tali celle solari sono dotati di un’efficienza inferiore rispetto alle prime in silicio monocristallino, ma riescono a sfruttare in miglior modo il rendimento durante la giornata.
- Le celle fotovoltaiche di silicio amorfo idrogenato: le celle solari fotovoltaiche 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 energetica.
- Le 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.
- Le celle fotovoltaiche al seleniuro di rame, indio e gallio: le celle fotovoltaiche 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 solari. L’efficienza dei pannelli solari fotovoltaici realizzati con tali celle solari è superiore al 21%.
- Le 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 solari in 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 solari fotovoltaiche in perovskite richiede l’impiego del piombo, una sostanza inquinante.
Rendimento celle fotovoltaiche: cosa influisce?
La resa delle celle fotovoltaiche è notevolmente influenzata da diversi fattori di produzione e di contesto. Anche se i dettagli precisi dei processi di produzione non sono sempre spiegati per motivi commerciali, è ragionevole supporre che la qualità delle celle solari dipenda dalle condizioni di taglio dei cristalli e blocchi di quarzo, oltre alle modalità di crescita dei cristalli monocristallini.
Aspetti come la smerigliatura delle piastrelle, la pulizia, la ventilazione e la temperatura dei luoghi di produzione giocano infatti un ruolo cruciale nella definizione della qualità delle celle solari.
Indipendentemente dall'analisi comparativa o dall'utilizzo effettivo delle celle fotovoltaiche, ci sono diversi fattori chiave che possono influenzare in modo costante il funzionamento e l'efficienza di queste tecnologie solari:
- Configurazione del tetto: Le caratteristiche strutturali del tetto, come la sua dimensione, forma e inclinazione, possono avere un impatto significativo sull'efficienza dei pannelli solari, determinando quanto efficacemente possano essere esposti alla luce solare.
- Angolazione del tetto rispetto ai raggi solari: L'angolazione del tetto rispetto alla posizione del sole durante diverse ore del giorno e stagioni dell'anno può influenzare direttamente la quantità di luce solare che i pannelli possono catturare.
- Stagione e intensità della luce solare: Le variazioni stagionali e giornaliere nell'intensità della luce solare possono influenzare la quantità di energia solare disponibile per essere convertita in elettricità dai pannelli fotovoltaici.
- Tempo di assorbimento della luce solare (misurato in ore): Il tempo durante il quale i pannelli solari sono esposti alla luce solare diretta, misurato in ore di esposizione, è un fattore cruciale che determina la quantità di energia solare assorbita e convertita in elettricità.
- Temperatura delle celle solari durante il funzionamento: La temperatura delle celle solari durante il funzionamento può influenzare la loro efficienza. Temperature più elevate possono ridurre l'efficienza di conversione dell'energia solare in elettricità, mentre temperature più basse possono aumentarla.
La temperatura delle celle fotovoltaiche è particolarmente rilevante, poiché la loro efficienza diminuisce quando raggiungono temperature elevate, creando una sorta di paradosso nelle giornate molto soleggiate e calde, che sono quelle con l'intensità solare maggiore. Altri elementi come l'ombreggiatura e la stagione dell'anno influenzano direttamente la quantità di elettricità generata.
In primavera e in estate, con un maggior numero di giorni di sole e un'alta intensità luminosa, uniti a un angolo di inclinazione adeguato delle celle solare, si otterranno sicuramente risultati più soddisfacenti.
Veniamo ora a descrivere quali sono i benefici delle celle solari e, più su larga scala, i benefici derivanti dall'installazione di un impianto fotovoltaico sul tetto di casa!
I benefici dei pannelli fotovoltaici
Fortunatamente, sempre più consumatori si stanno avvicinando al mondo del fotovoltaico, e ciò non sorprende dato che una scelta di questo tipo comporta una serie di vantaggi significativi sia sul piano economico che ambientale.
Gli impianti fotovoltaici rappresentano uno dei sistemi più efficienti e affidabili per la produzione di energia pulita e rinnovabile. Sfruttando l'energia del sole, questi impianti riducono notevolmente l'impatto ambientale associato alla produzione di energia elettrica, contribuendo alla lotta contro il cambiamento climatico e la dipendenza da fonti energetiche non rinnovabili.
Ma i vantaggi non finiscono qui: l'installazione di un impianto fotovoltaico comporta anche risparmi significativi sulle bollette energetiche nel lungo termine. Una volta che l'impianto è stato ammortizzato, l'energia solare prodotta è praticamente gratuita, riducendo drasticamente o addirittura eliminando completamente la dipendenza dalla rete elettrica tradizionale e i costi associati.
Inoltre, la decisione di investire in una produzione di energia elettrica sostenibile per la propria abitazione può anche aumentare il valore immobiliare della proprietà. Gli acquirenti sono sempre più interessati a edifici dotati di soluzioni energetiche sostenibili, come impianti fotovoltaici, che garantiscono non solo un minor impatto ambientale, ma anche risparmi economici a lungo termine.
In sintesi, passare all'energia solare non solo rappresenta una scelta responsabile dal punto di vista ambientale, ma si traduce anche in benefici tangibili per il portafoglio e per il valore della proprietà. Questo rende l'investimento in un impianto fotovoltaico una scelta intelligente e redditizia per i consumatori consapevoli e orientati al futuro.
Noi di Otovo ci impegniamo quotidianamente per offrirti le migliori installazioni fotovoltaiche, selezionando le migliori componenti (come inverter e sistemi di accumulo) e offrendoti l'opportunità di usufruire della detrazione fiscale, che ti consentirà di recuperare in 10 anni il 50% della somma totale d’acquisto!
Richiedi un preventivo personalizzatoCelle fotovoltaiche: alcune curiosità
Prima di concludere questo articolo sulle celle fotovoltaiche ti vogliamo lasciare con qualche news e curiosità sul futuro delle celle fotovoltaiche, buona lettura!
54 celle fotovoltaiche per i più recenti moduli solari
Fino a poco tempo fa gli impianti fotovoltaici di taglia residenziale erano formati da moduli solari da 60 celle fotovoltaiche. Nel corso degli anni, i prodotti si sono evoluti ed è ora possibile installare sistemi fotovoltaici costituiti da meno moduli ma con la stessa potenza. In questo contesto, diversi produttori di pannelli fotovoltaici hanno lanciato sul mercato i moduli solari fotovoltaici con 54 celle fotovoltaiche, che con la tecnologia half cut arrivano a 108 mezze celle.
Considerando le problematiche relative allo spazio sui tetti, questi moduli fotovoltaici potrebbero essere una delle migliori soluzioni sul mercato.
I progressi delle celle solari sottili
Le celle fotovoltaiche sottili sono la giusta alternativa per portare il fotovoltaico dove le celle tradizionali non riescono ad arrivare. Recentemente, questa tipologia di celle fotovoltaiche sono diventate sempre più sottili e flessibili e quindi sempre più facili da integrare. Tuttavia, però, il loro ridotto spessore ne riduce l'efficienza.
Proprio per questo motivo un gruppo di scienziati della Surrey University e dell'Imperial College di Londra ha creato una nuova tecnologia di celle fotovoltaiche sottili in grado di assorbire facilmente i fotoni. I test di laboratorio di queste celle fotovoltaiche ha mostrato che queste possono assorbire fino al 65% della luce solare, un valore veramente alto per unità così sottili.
Celle solari tandem: cosa sono?
Tra le ultime notizie che abbiamo trovato sulle celle solari fotovoltaiche c'è il concetto di fotovoltaico tandem, un'unione di celle fotovoltaiche diverse dalle allettanti potenzialità. Secondo una delle ultime ricerche di settore, questa tipologia di celle può raggiungere un'efficienza del 28,7%, la più alta per questa categoria.
Celle fotovoltaiche spaziali: la produzione sulla luna
Come si legge in un articolo di Rinnovabili.it, alcuni studiosi della Tallin University of Technology, in Estonia, stanno iniziando a rivalutare l'utilità industriale della pirite, minerale molto comune, formato da disolfuro di ferro e di colore dorato o tendente al giallo chiaro.
La scienziata Katriin Kristmann sta studiando un nuovo metodo per produrre celle solari e questo materiale potrebbe costituire una promettente fonte di energia per la Luna. La ricerca, infatti, è improntata all'utilizzo di materiali facilmente reperibili nel suolo lunare, con con la previsione di impiegare i risultati per fornire elettricità ai futuri avamposti dell’Agenzia spaziale europea (ESA) e dei suoi partner internazionali. E si farebbe partire il tutto da minuscoli cristalli di pirite dalle dimensioni di appena quattro centesimi di millimetri.
Un nuovo record: la cella solare organica-perovskite
Nuovo record per la ricerca dei semiconduttori organici. Il team del prof. Thomas Riedl dell'Università di Wuppertal ha realizzato una cella solare organica-perovskite. La sua architettura permette di sfruttare in contemporanea le diverse capacità dei materiali, nello specifico la capacità di assorbire le lunghezze d'onda ultraviolette e visibili della luce con i semiconduttori a base di carbonio e quelle nel vicino infrarosso con le perovskiti.
Questa particolare cella fotovoltaica organica-perovskite ha mostrato un'efficienza del 24%, superando il passato record mondiale di ben quattro punti.
La nuova cella termofotovoltaica che trasforma il calore in energia elettrica
Ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e del National Energy Laboratory hanno pubblicato i risultati di una ricerca illuminante. Hanno studiato nel dettaglio una cella termofotovoltaica in grado di catturare il calore e trasformarlo in elettricità, il tutto con valori di efficienza di conversioni vicine al 40%.
Le caratteristiche di questo nuovo motore termico sono simili a quelle delle celle fotovoltaiche tradizionali, ma cattura fotoni ad alta energia da una fonte incandescente per produrre elettricità, riuscendo così a produrre energia da temperature comprese tra i 1.900 e i 2.000° C. Grazie a questo meccanismo si avrà la possibilità di aumentare l'approvvigionamento dalla rete anche quando l'energia da fonti pulite non è sufficiente.
Nuove celle solari flessibili
Le celle fotovoltaiche flessibili sono realizzate in seleniuro di indio rame gallio (CIGS) e sono caratterizzate da un'efficienza luminosa di conversione pari al 22%.
Il CIGS è un materiale che si distingue per la sua notevole flessibilità e leggerezza, e rappresenta un’ottima alternativa per consentire la produzione dell’elettricità solare a basso costo nel prossimo futuro.
Resistenti e indistruttibili, queste celle flessibili risultano particolarmente adatte per applicazioni su edifici, veicoli, satelliti e dispositivi portatili.
Conclusione
Nell'articolo di oggi abbiamo esplorato il mondo delle celle fotovoltaiche, focalizzandoci sulle loro caratteristiche, funzionamento e applicazioni. Abbiamo analizzato come queste tecnologie siano in grado di convertire l'energia solare in elettricità, offrendo un'alternativa sostenibile e efficiente per la produzione di energia elettrica.
Con Otovo puoi decidere di passare in modo facile e veloce all'energia solare grazie a un impianto fotovoltaico, ma non solo! La nostra azienda offre anche una vasta gamma di prodotti per la sostenibilità energetica. Tra questi, troviamo accumulatori per l'immagazzinamento dell'energia, pompe di calore per il riscaldamento e il raffreddamento efficiente degli ambienti, e colonnine di ricarica per veicoli elettrici.
Con un focus sull'innovazione e l'ecologia, ci impegniamo a fornire soluzioni integrate per una transizione energetica più sostenibile e responsabile!
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Cosa sono le celle fotovoltaiche?
Le celle fotovoltaiche sono dispositivi che convertono l'energia solare direttamente in energia elettrica utilizzando materiali semiconduttori, come il silicio, sfruttando il fenomeno fotovoltaico per generare corrente continua quando esposte alla luce solare.
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.