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Di che materiale sono fatti i pannelli fotovoltaici?

In questo blog vogliamo rispondere ai vostri dubbi sui materiali utilizzati nei pannelli solari, e darvi una breve spiegazione del loro funzionamento alla luce delle componenti di cui si servono per aiutarci a salvaguardare l’ambiente.

Nello specifico, gli argomenti che tratteremo in questo blog sono i seguenti:

  • Le componenti e i materiali di un pannello fotovoltaico
  • I pannelli solari monocristallini e policristallini
  • Cos’è la perovskite?

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Le componenti e i materiali di un pannello fotovoltaico

Gli elementi, e i materiali, che compongono un pannello fotovoltaico sono:

  • Base di appoggio
  • Etilen Vinil Acetato (EVA)
  • Cella fotovoltaica
  • Vetro temprato
  • Cornice di alluminio
  • Scatola di ingiunzione

È bene ricordare che l'impatto ambientale dei pannelli fotovoltaici è pressoché nullo, dato che i materiali che lo compongono sono riciclabili al 95%.

Vediamoli insieme nel dettaglio.

Base di appoggio

Se ci immaginassimo il pannello fotovoltaico scomposto in sezioni, vedremmo che alla base è costituito da una base di appoggio in materiale plastico, la cui funzione è quella di supporto meccanico.

Etilen Vinil Acetato

Fra la base e la cella fotovoltaica vi è interposto un altro materiale polimerico chiamato Etilen Vinil Acetato (EVA). Questo polimero è un sottile strato che si ammorbidisce facilmente ogni qualvolta che il pannello fotovoltaico è irradiato dai raggi solari. Dunque, si può sostenere come la funzione dell’EVA sia di collante tra lo strato superiore e quello inferiore, grazie appunto alla sua malleabilità.

Cella fotovoltaica

Successivamente, la sezione continua con la protagonista assoluta del nostro pannello: la cella fotovoltaica. Composta in silicio, materiale semiconduttore, questa è collegata elettricamente in serie grazie a un filamento a base di Argento, il quale è posizionato in modo che scorra per tutta la lunghezza della cella, dal punto più basso fino a quello più alto, per infine proseguire nella parte posteriore della cella fotovoltaica successiva. Grazie all’azione di questo filamento le celle sono così collegate elettricamente in serie per tutta la composizione del pannello fotovoltaico.

Di seguito, troviamo un altro strato di Etilen Vinil Acetato (EVA) in modo da garantire la perfetta aderenza fotovoltaica all’ultimo componente del pannello solare, ovvero il vetro temprato. L’ultimo strato di EVA è di rilevante importanza per il funzionamento del modulo fotovoltaico, poiché, se di bassa qualità e posizionato in maniera scorretta, potrebbe causare la formazione di piccole bolle d’aria tra gli strati che pregiudicherebbero la corretta produzione del pannello.

Vetro temprato

Infine, l’ultimo elemento che costituisce il modulo solare è rappresentato dal vetro temprato, detto Backsheet. Questo deve necessariamente avere una composizione a basso contenuto di Ferro, in modo da prevenire - ed evitare - l’assorbimento dei raggi solari utili a un’efficiente produzione di energia fotovoltaica.

Cornice di alluminio

In ultima istanza, tutte le componenti sono racchiuse all’interno di una cornice di alluminio.

Scatola di ingiunzione

È necessario citare anche un altro componente, che però è posizionato esternamente alle stratificazioni appena descritte, ovvero la scatola di giunzione, o junction box. Tale scatola svolge funzioni di monitoraggio, sicurezza e ottimizzazione delle celle fotovoltaiche installate nel modulo.

Tutti gli elementi, fatta eccezione per la scatola di ingiunzione e la cornice, al momento dell’assemblaggio vengono inseriti in un laminatore la cui temperatura tocca i 145°. Il processo che avviene è un processo di sottovuoto che scalda l’EVA e fissa tra loro le parti, isolando le celle fotovoltaiche per preservarle da agenti esterni di deterioramento.

L'immagine seguente mostra la composizione del pannello fotovoltaico:

Composizione del pannello fotovoltaico
Composizione del pannello fotovoltaico
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I pannelli fotovoltaici monocristallini e policristallini

I moduli monocristallini sono composti da cristalli in silicio orientati tutti nella stessa direzione. Tale caratteristica permette così al modulo fotovoltaico di produrre più energia quando vengono colpiti perpendicolarmente dalla luce del sole. Inoltre, presentano una maggiore efficienza rispetto ai policristallini in condizioni di basse temperature e minore intensità solare.

I pannelli fotovoltaici policristallini, invece, hanno i cristalli di silicio orientati in modo casuale. Ciò significa che la loro efficienza rimane invariata durante il corso della giornata. Al contrario dei monocristallini, i policristallini presentano una produttività più elevata in presenza di temperature più alte e maggiore intensità solare.

Noi di Otovo lavoriamo principalmente con i pannelli solari monocristallini, in modo da garantirvi la migliore prestazione a qualunque ora del giorno per il vostro pannello fotovoltaico.


Cos'è la perovskite?

Al grande mondo dei materiali utilizzati nella creazione dei pannelli fotovoltaici si sta affacciando una nuova tipologia di materiale, più efficiente (quasi del triplo) e più flessibile degli attuali sistemi a silicio: la perovskite. Attualmente, la percentuale di conversione delle celle al silicio dalla luce del sole in energia si aggira intorno al 22-28%, a seconda della purezza - e i conseguenti costi - del materiale utilizzato. La perovskite potrebbe rivoluzionare la tecnologia “green” per la cattura e la trasformazione delle emissioni solari in energia fotovoltaica.

Scoperta nel 1939, la perovskite è composta da un insieme di cristalli opachi di forma cubica. La sua struttura è particolare, cristallina, e costituita da un ossido doppio di Ca e Ti (CaTiO3) capace di ospitare una vasta gamma di elementi, e dunque di mostrare svariate proprietà fisiche, tra cui un’ottima conducibilità. La sua composizione chimica permette un’ampia capacità di assorbimento della luce, permettendo una permanenza della carica per un tempo superiore al pannello fonoassorbente, e, dunque, un maggior accumulo di energia.

Dunque, con la perovskite i costi di produzione potrebbero abbassarsi notevolmente grazie all'abbondanza dei materiali attivi e a un metodo di fabbricazione più semplice, in quanto avviene a basse temperature ed è estendibile su larga scala.

Un nuovo studio incrementa la stabilità del fotovoltaico in perovskite

Come si legge in un articolo di Rinnovabili.it, l'ultimo progresso per garantire alla perovskite un ruolo centrale nel mercato solare è stato raggiunto dall'Accademia cinese delle scienze (CAS) dove un team di ricerca ha creato una cella capace di autorigenerarsi.

La ricerca è partita dal metilammonio piombo ioduro (CH3 NH3 PbI3), una delle perovskiti più promettenti, ai fini fotovoltaici e ottici, grazie un’efficienza paragonabile a quella del silicio. Anche un secondo materiale è stato coinvolto nella soluzione proposta dagli scienziati dall'Accademia, ovvero il polivinilpirrolidone (PVP), un polimero idrosolubile impiegato oggi anche come additivo alimentare.

Come riportato da Rinnovabili.it, il PVP è stato introdotto nel precursore della perovskite al fine di controllare la crescita dei cristalli, ridurne i difetti e formare un film compatto di eccellente qualità elettronica. Con il risultato di ottenere un’efficienza di conversione del 20,32%.

Un'altra importante caratteristica di questo materiale consiste nella sua funzione di armatura protettiva nei confronti degli agenti esterni e in particolare dell’umidità, aumentando la stabilità del fotovoltaico in perovskite e regalando alle celle una capacità autorigenerante.

Perovskite (Fonte: SolarReviews)
Perovskite (Fonte: SolarReviews)
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Domande frequenti

Che tipo di materiale viene usato per la produzione dei pannelli fotovoltaici?

È possibile utilizzare una vasta gamma per la costruzione dei moduli solari. Il silicio, però, è in assoluto quello più utilizzato.

Come funziona l'effetto fotovoltaico?

L’effetto fotovoltaico è il fenomeno fisico che si realizza quando un elettrone presente nella banda di valenza di un materiale (generalmente semiconduttore, come il silicio) passa alla banda di conduzione a causa del surriscaldamento, che comporta quindi l'assorbimento di un fotone sufficientemente energetico incidente sul materiale.

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