Area tecnica

Parliamo di impianto fotovoltaico...

L'EFFETTO FOTOVOLTAICO
CENNI STORICI
TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA – CELLE SOLARI
MODULI FOTOVOLTAICI
CONSIDERAZIONI SULLE MODALITA' DI  INSTALLAZIONE

L'EFFETTO FOTOVOLTAICO

Ciao! Posso chiederti alcune informazioni sugli impianti fotovoltaici?

Certo! Sono qui per questo! Pensi di saperne già un po'?

Mmhhh, beh, tutto e niente, sembra sempre di sapere, ma chiedere ad un esperto del settore... è sempre meglio!

Sai quindi di cosa stiamo parlando.

Sì, i pannelli fotovoltaici, servono per produrre elettricità!

Sì hai ragione, a volte vengono confusi con i pannelli solari termici che invece servono per scaldare l'acqua.

Va bene, questo lo so...
E' già una distinzione importante.

Se ne vedono sempre di più sui tetti delle case, sui capannoni industriali, anche installati a terra su strutture fisse o mobili. Sono appassionato di impianti fotovoltaici, così quando mi muovo, guardo spesso in giro se ne vedo... Certe installazioni mi piacciono un sacco, sono molto curate, in particolare su qualche edificio particolare o sui tetti delle case.
Sì, c'è installazione e installazione. E’ importante realizzare una buona integrazione sulle coperture per non deprimere il valore estetico dell’edificio, e questo dipende ovviamente dalla capacità del progettista e dall'esperienza e dalla cura dell'installatore. Poi ovviamente bisogna anche guardare la sostanza, ovvero quali materiali sono stati utilizzati ed il dimensionamento elettrico dell'impianto. Guarda un po’ qui sotto!



Impianto fotovoltaico integrato



Impianto fotovoltaico non integrato

Effettivamente, c’è una bella differenza.
Il fatto è che spesso ci si ritrova a fare scelte progettuali difficili per cercare il miglior compromesso tra esigenze contrastanti. Ad esempio, il buon funzionamento dell’impianto potrebbe essere ostacolato dall'orientamento non ottimale dell'edificio, da eventuali ombreggiamenti da parte di edifici circostanti od ostacoli come comignoli, abbaini, ecc… Magari l’impianto fa anche la sua bella figura, ma la sua produzione di elettricità non è ottimale a causa degli ombreggiamenti. L'effetto fotovoltaico ha infatti luogo grazie alla radiazione solare.

Ecco, mi potresti spiegare meglio cos’è l'effetto fotovoltaico?
Allora, consideriamo intanto che stiamo parlando di materiali semiconduttori, ovvero di materiali che allo stato “naturale” sono non conduttori, ma che se ricevono una certa quantità di energia liberano elettroni e consentono la conduzione della corrente elettrica. Ad esempio, gli elettroni di una cella in silicio monocristallino che si trovano nella banda di valenza, se sollecitati dalla radiazione solare possono passare nella banda di conduzione. A quel punto vengono immessi nel circuito e possono cedere lavoro elettrico alle utenze collegate oppure essere immessi nella rete.
E' un po' come se avessimo tante biglie in una scatola ed un percorso, inclinato tra l'inizio e la fine del circuito. La radiazione solare è la spinta che fa saltare la biglia sul punto più alto dello “scivolo”. La biglia quindi percorrerà il circuito, dove il dislivello è la differenza di potenziale del circuito stesso. Maggiore sarà la radiazione solare, maggiore sarà il numero di biglie che sarà possibile spostare ovvero la corrente prodotta. Nel suo percorso la biglia incontrerà per così dire degli ostacoli, che andrà a spostare compiendo “lavoro elettrico” cedendo energia alle utenze collegate come lampadine, elettrodomestici o altri macchinari elettrici che quindi abbasseranno il suo livello energetico riportandolo a quello della scatola di partenza.


Capisco... E' un fenomeno in un certo senso, meravigliosamente semplice!
Sì, è abbastanza semplice in realtà. Tutto questo avviene silenziosamente, senza emissione di anidride carbonica né di altri inquinanti in atmosfera, e senza che venga messo in movimento nessun macchinario.

CENNI STORICI

Ma è una scoperta recente?
Si tratta di una scoperta relativamente recente. Un pioniere del fotovoltaico fu Alexandre Edmond Becquerel che nel 1839 durante alcuni esperimenti con celle elettrolitiche osservò il formarsi di una differenza di potenziale (d.d.p.) tra due elettrodi identici di platino, uno illuminato ed un altro al buio. La d.d.p. dipendeva dall'intensità e dal colore della luce.
La ricerca poi procede e la prima cella fotovoltaica viene realizzata da Charles Fritts nel 1883, costituita da selenio ed oro con un rendimento superficiale dell'1%.
Nel 1954 i laboratori Bell realizzano una cella fotovoltaica con il silicio con rendimento superficiale del 6% superiore a quello del selenio.
La ricerca ha avuto un forte sviluppo in concomitanza della crisi petrolifera del 1973 quando il governo USA investì nella ricerca di fonti alternative di energia ed in particolare nel fotovoltaico. Gli scienziati svilupparono un'intera gamma di nuovi materiali semiconduttori tra cui CIS (Diseleniuro di Indio e Cadmio), CdTe (Telloruro di Cadmio), Zn3P2 (Fosfuro di Zinco), Cu2Se (Seleniuro di Rame), GaAs (Arseniuro di Gallio).
Molti di questi materiali sono stati riscoperti recentemente dalla nuova industria del fotovoltaico, inclusi il silicio policristallino, il silicio amorfo ed i semiconduttori organici.

Pensavo che la ricerca su questi materiali fosse più recente...
Diciamo che in quanto applicazione commerciale, sicuramente i prodotti derivati dal silicio vengono impiegati da più tempo, le altre tecnologie anche se note da tempo non sono state molto sviluppate dal punto di vista commerciale.

TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA

Se ho capito bene ci sono quindi varie tecnologie fotovoltaiche disponibili attualmente. E come funziona un modulo fotovoltaico?
Sicuramente hai sentito parlare dei moduli in silicio monocristallino o policristallino. Sono moduli le cui celle si presentano come quelle di queste figure:

    celle mono e poli
 

La materia prima, il silicio, utilizzato per la realizzazione delle celle, è di elevata purezza, e spesso proviene dal riciclaggio di componenti dell'industria dell'elettronica come microprocessori, che sono di purezza ancora più elevata a quella necessaria per il fotovoltaico.
Vi sono diversi procedimenti per ottenere le celle in silicio cristallino: il più usato prevede la fusione del silicio e la successiva ricristallizzazione in forma di lingotto.
Segue il procedimento di taglio del lingotto dal quale si ottengono delle fettine molto sottili dette wafer dello spessore di circa 200-300 µm e di dimensioni di circa 100 cm2.

wafer di silicio monocristallino   lingotto di silicio monocristallino

La cella solare, che è l'unità costituente del modulo fotovoltaico, viene realizzata da due wafer di silicio mono o policristallino, una con drogaggio di tipo p e l’altra di tipo n, che sovrapposti generano una giunzione p-n. La polarità della cella è determinata dal processo di drogaggio, ovvero verranno da un lato verranno immessi degli atomi di fosforo, per conferire un eccesso di carica negativa (lato n), e dall'altro verranno immessi degli atomi di boro, che caratterizzerà il lato positivo (lato p).


cella fotovoltaica

Il silicio monocristallino è costituito da silicio avente struttura cristallina omogenea, nel caso del policristallino invece si tratta di un agglomerato di diversi cristalli di silicio, ciascuno di per sé omogeneo. Questo è visibile anche ad un esame visivo in quanto la cella del monocristallino è omogenea e di colore scuro, mentre la cella policristallina si presenta con  varie sfaccettature sui toni del blu, colore dovuto al trattamento antiriflesso. Queste tipologie sono sicuramente le più diffuse e testate, al giorno d'oggi, senza trascurare lo sviluppo delle altre tecnologie, che si rende interessante per molti aspetti.

Ho sentito parlare di moduli a  film sottile. Di che cosa si tratta?
Ecco, volevo appunto parlare ora del film sottile. Vi sono diversi materiali che vengono impiegati per la realizzazione di celle fotovoltaiche. Una delle applicazioni più note, è quella che utilizza sempre il silicio come materia prima, ma in forma amorfa, cioè non cristallina. Le temperature in gioco nel processo di produzione sono più basse, e questo non consente alla materia di strutturarsi in forma cristallina.
Possiamo visualizzare una struttura cristallina come una città moderna in cui l'urbanizzazione è realizzata con vie tra di loro perpendicolari, dove le macchine scorrono regolarmente senza intoppi, i percorsi comunque saranno lunghi e qualche macchina potrebbe essere deviata verso altre direzioni. Una struttura amorfa invece sarà più simile ad un vecchio centro storico dove i pedoni procederanno un po' più lentamente e magari qualcuno perderà anche la strada, comunque i percorsi saranno brevi e quindi vi è un'alta probabilità che si raggiunga l'obiettivo.
La lunghezza del percorso intende rappresentare lo spessore della cella. Nel caso del silicio cristallino si parla di spessori dell'ordine di alcune centinaia di micron (200-300 µm), mentre nel caso del silicio amorfo le celle vengono realizzate con spessori di circa 1 µm.
Un piccolo spessore significa sia utilizzare un quantitativo inferiore di materia prima, e di conseguenza una diminuzione del costo di realizzazione, sia facilitare la raccolta degli elettroni, in quanto si riduce il rischio di ricombinamento delle coppie carica/lacune liberate.
Nell'immagine che ti mostro ora, è rappresentato un modulo fotovoltaico in film sottile a tripla giunzione. Si tratta di una tecnologia molto interessante in quanto consente alla cella di “lavorare” con un ampio spettro della radiazione solare. Questo determina un aumento del coefficiente di assorbimento del modulo fotovoltaico, nel senso che sarà in grado di assorbire un maggior quantitativo di radiazione solare da trasformare in energia elettrica.

Cella silicio amorfo a tripla giunzione

Una cella di questo tipo viene realizzata mediante la sovrapposizione di tre celle in silicio amorfo con bandgap diverso. Questo significa che ciascun strato è sensibile ad una diversa porzione di lunghezza d'onda della radiazione solare. Nella parte superiore è presente uno strato che assorbe la frazione blu della radiazione solare, costituito da una lega in a-Si con bandgap di 1,8 eV; lo strato centrale è costituito da una lega fra silicio (85-90%) e germanio (10-15%) con bandgap di 1,6 eV, ideale per l'assorbimento della radiazione verde; lo strato inferiore, costituito da una lega in a-SiGe con una percentuale di Germanio più alta (40-50%), dà luogo ad un bandgap di 1,4 eV, ideale per assorbire le radiazioni rossa e infrarossa.
Per questo motivo il silicio amorfo ha una migliore producibilità in condizioni di basso irraggiamento e di radiazione diffusa.

Quali altri materiali vengono impiegati per la realizzazione di moduli in film sottile?
Altri moduli in film sottile vengono realizzati con celle in diseleniuro di rame, indio e gallio (CIGS, Cu(In,Ga)Se2), o con Telloruro di Cadmio (CdTe).
Sono entrambe applicazioni molto interessanti in quanto utilizzano quantità di materiale molto esigue dell'ordine di un centesimo rispetto a quanto utilizzato per il silicio cristallino, ed ottengono rendimenti superficiali interessanti.

Cella Fotovoltaica in Telloruro di Cadmio - CdTe

Cella Fotovoltaica in Diseleniuro di indio e rame - CIS

Ci sono altre tecnologie innovative presenti sul mercato?
Si. Da qualche anno sono disponibili dei moduli realizzati con celle ibride, cioè con strati alterni di silicio monocristallino e di silicio amorfo. Questa tecnologia, brevettata da una nota casa giapponese, è denominata Heterojunction with Intrinsic Thin Layer (HIT) ed è caratterizzata da rendimenti superficiali e producibilità annue di energia elettrica elevati, grazie all’effetto combinato del silicio cristallino e del silicio amorfo.

Un’altra tecnologia molto interessante è inoltre quella dei moduli fotovoltaico in silicio micromorfo. Viene realizzato con celle tandem, ovvero combinate con uno strato di silicio amorfo e uno di silicio microcristallino su un supporto di vetro. Il vantaggio di questa tecnologia è di riuscire a realizzare celle fotovoltaiche con una quantità molto ridotta di materia prima, unendo anche in questo caso i vantaggi del silicio cristallino con quelli del silicio amorfo. Il rendimento superficiale di questi moduli è pari a circa il 10%. Anche dal punto di vista estetico si tratta di un modulo molto gradevole alla vista, in quanto si presenta con un colore omogeneo e scuro.

 

cella fotovoltaica in silicio micromorfo

Un'altra applicazione che si sta diffondendo è quella della ditta americana Sunpower che prevede la disposizione dei contatti delle celle non sulla faccia superiore,  dove esse ostacolano la cptazione della radiazione solare, ma sul retro con un procedimento brevettato detto BackContact. Questo accorgimento, assieme a molti altri derivati da una progettazione molto avanzata delle celle, aumenta notevolmente il rendimento superficiale e la producibilità annuale delle celle e del modulo fotovoltaico. Oltre a vantaggi in termini di efficienza, si aggiunge un piacevole effetto estetico, in quanto il modulo si presenta di colore omogeneo proprio perchè i contatti non sono visibili nella parte frontale.

BackContact                                                             Modulo fotovoltaico Sunpower

Quindi che differenze ci sono tra le diverse tecnologie?
Riassumendo quanto abbiamo detto finora diciamo che vi è una grande distinzione tra celle in silicio cristallino (mono e poli) e celle in film sottile (silicio amorfo, CdTe, CIS). In generale, le prime sono in grado di sfruttare meglio la radiazione solare diretta.

Cosa intendi dire per radiazione solare diretta?
La radiazione solare globale che incide su una superficie, nel nostro caso un modulo fotovoltaico, si distingue in tre componenti: la radiazione diretta, la radiazione diffusa e la radiazione riflessa.
La radiazione diretta è quella che raggiunge il modulo fotovoltaico senza incontrare ostacoli nel suo percorso.
La radiazione diffusa è una porzione di radiazione diretta che si diffonde nel passaggio attraverso nuvole, foschia, particelle sottili e polveri presenti nell'atmosfera.
La radiazione riflessa infine è una parte di radiazione che viene appunto riflessa dall'ambiente circostante verso il pannello. La radiazione riflessa quindi dipende dai materiali che circondano il campo fotovoltaico, sarà significativa se siamo in un ambiente dove è presente a terra una superficie riflettente, come al mare oppure su una pista da sci, meno importante se invece abbiamo strade ed un ambiente urbano che invece assorbono la radiazione solare che incide su di essi.

 

radiazione solare e sue componenti

I moduli quindi non hanno tutti lo stesso rendimento…
Infatti, vedo che hai colto bene il segno.
I rendimenti sono dell'ordine del 18% per il silicio monocristallino; parlando di moduli monocristallini avremo rendimenti di circa il 14-15%, mentre per il silicio policristallino avremo moduli con rendimenti di circa il 12-13%.
Nel caso del film sottile si osserva subito che i rendimenti superficiali sono più bassi, a partire dal 4-6% col silicio amorfo per arrivare a circa all'8% con il silicio micromorfo ed oltre il 10% con il CdTe e il CIS.

Tipo Cella

Struttura

Rendimento Superficiale

mq necessari per 1 kWp

Silicio monocristallino

Struttura omogenea monocristallo

13-17%

6-9

Silicio policristallino

struttura parzialmente omogenea

11-15%

8-9

Celle ibride HIT

combinazione di celle cristalline e a film sottile

15-17,5%

5,5-7

Silicio amorfo

tecnologia film sottile

5-8%

12,5-20

Diseleniuro di rame e indio (CIS)

tecnologia film sottile

10-12%

8-10

Telloruro di cadmio

tecnologia film sottile

9-10%

10-11

Rendimento superficiale delle principali tecnologie fotovoltaiche

Ho capito tutto adesso: i moduli migliori sono quelli col rendimento più elevato!
Non è proprio così. Il rendimento superficiale esprime la potenza resa dal modulo a parità di superficie in condizioni ambientali e di irraggiamento standard, cioè di laboratorio. Quindi, utilizzando moduli con elevato rendimento, per ottenere una data potenza è sufficiente una minore superficie. Ad esempio, se un modulo ha un rendimento superficiale del 14%, ciò significa che per produrre 1 kW di potenza elettrica in condizioni standard (Standard Test Conditions, STC) serve una superficie di circa 7 mq. Con moduli di rendimento superficiale 19% servono 5,3 mq, quindi parecchio di meno. Si risparmia spazio d’installazione. Per fare un’analogia coi motori, a parità di “cavalli” erogati dal motore il modulo con il rendimento più elevato richiede una “cilindrata” minore, e quindi il “motore” avrà un ingombro minore.

Continuando l’analogia con i motori, quale tipo di modulo “consuma” di meno?
In realtà per gli impianti fotovoltaici ci interessa quale tipo di modulo produce di più energia a parità di potenza installata. Cioè, se installo 1 kWp di moduli fotovoltaici, quale tipo di moduli produce più energia in un anno?
L'energia prodotta dall'impianto si misura in kWh/anno prodotti per unità di potenza installata (kWp). Il film sottile ha in generale un rendimento superficiale inferiore al silicio cristallino ma un rendimento di produzione leggermente superiore. Di fatto, essendo i moduli in silicio amorfi più sensibili alla radiazione solare, sono in grado di captare anche porzioni di radiazione diffusa, o porzioni di energia disponibili in condizioni di scarso irraggiamento, come in presenza di tempo nuvoloso, o nelle ore iniziali e finali della giornata.
Anche le celle cristalline di produzione di più recente, quali quelle ibride o quelle con tecnologia back-contact, hanno producibilità più elevate in quanto in fase di progettazione sono stati adottati una serie di accorgimenti per facilitare l’attivazione dell’effetto fotoelettrico anche in condizioni di irraggiamento non ideali.

Un bel ginepraio…
La scelta del modulo fotovoltaico più adatto alla tipologia di installazione richiede in effetti notevole esperienza e professionalità. E’ anche interessante tener conto della maggiore o minore tolleranza delle celle alle alte temperature a cui sono sottoposte nelle condizioni reali d’installazione, soprattutto in estate. Inoltre, bisogna tener conto che anche altri fattori che influenzano la producibilità dell’impianto a parità di irraggiamento, come ad esempio la latitudine, l’orientamento, le condizioni microclimatiche del sito d’installazione, il tipo di inverter adottato, la configurazione elettrica dell’impianto, ed altro ancora.

Correlazione tra la  producibilità di un impianto fotovoltaico con l’orientamento e l’inclinazione dei moduli

MODULI FOTOVOLTAICI

Come vengono realizzati i moduli fotovoltaici?
Si parte dalle celle. Nel caso dei pannelli in silicio mono o policristallino le celle vengono assemblate e collegate tra di loro in serie/parallelo mediante saldatura dei contatti metallici. Nella produzione industriale si usa collegare le singole celle mediante un processo di saldatura automatizzato, mentre per moduli speciali prodotti in quantità ridotte, le celle possono essere saldate a mano.
Una volta collegate, le celle vengono deposte e incapsulate all'interno di un materiale trasparente che ha la funzione di isolarle elettricamente, nonché di proteggerle dagli stress meccanici, dagli agenti atmosferici e dall'umidità. Questa lavorazione può essere realizzata con EVA (etilvinilacetato), teflon o in resina.
Le celle incapsulate, vengono poi applicate ad un substrato che solitamente è vetro antiriflesso e ad alta trasparenza, tale da lasciar passare la maggior parte della radiazione incidente. Il vetro dovrà inoltre avere caratteristiche di resistenza agli sbalzi di temperatura, alla grandine ed in generale agli agenti atmosferici ed all'usura. Un vetro con queste caratteristiche è in grado di consentire una trasmissione della radiazione incidente pari al 96%.
Il modulo viene completato infine ponendo sul retro del laminato (celle e vetro), un materiale opaco o un altro strato di vetro che verranno a loro volta incorniciati con un materiale metallico come alluminio anodizzato. I moduli possono essere realizzati anche senza cornice.
Dietro il modulo viene applicata la scatola di giunzione che contiene i contatti per il collegamento tra moduli e tra moduli e inverter, insieme ai diodi di bypass, che sono dei componenti importanti per il funzionamento e la sicurezza del modulo e dell'impianto.



Sezione di un modulo in silicio cristallino

Come avviene la produzione di un modulo a film sottile?
Vediamo il caso del silicio amorfo, che è il più noto e meglio sviluppato materiale per le tecnologie a film sottile. Si tratta di un lega contenente un 20, 30% di Idrogeno ed eventualmente Carbonio od Ossigeno. L’idrogeno serve a migliorare le qualità del reticolo, Ossigeno e Carbonio ad ottenere determinate caratteristiche di assorbimento della luce in quanto servono a modificare leggermente le dimensioni del bandgap. La produzione delle celle a-Si avviene per deposizione chimica su un supporto, relativamente spesso (500-1500nm), fatto di vetro od anche lamine di Alluminio o plastiche sottili. Su di esso si effettua la deposizione di particelle di materiale semiconduttore (le leghe di a-Si per l’appunto) immergendolo in atmosfera gassosa ricca dello stesso semiconduttore e di altri materiali, all’interno di una camera sterile, ad una data pressione e temperatura. Il processo avviene a bassa temperatura ed in tempi molto lunghi per consentire la migliore omogeneità possibile al reticolo e per ottenere strati di materiale molto sottili, di poche decine di nanometri, con conseguente risparmio energetico ed economico nei costi di produzione. L’utilizzo di strati di materiale ridotti a spessori sottili comportano minor spreco della materia prima e basse temperature consentono l’utilizzo di substrati di materiale economico come plastiche e vetri.
Il Silicio amorfo (a-Si) è un materiale largamente impiegato nella produzione delle celle fotovoltaiche grazie alle interessanti caratteristiche di facile ed economica lavorazione ed all’ottimo rapporto tra costo e relative prestazioni.

Modulo a film sottile in silicio amorfo applicato su lamiera grecata
Modulo a film sottile in silicio amorfo iperflessibili

CONSIDERAZIONI SULLE MODALITA' DI  INSTALLAZIONE

Da quali parametri viene influenzata la produzione di un impianto fotovoltaico?
Innanzitutto, per garantire una buona produzione, è necessario che i pannelli ricevano la massima quantità possibile di radiazione solare nell’arco dell’anno. Il compito principale del progettista è quello di fare un'attenta valutazione al momento del sopralluogo in modo da individuare il sito più idoneo per l’installazione. I criteri che adotta sono quelli della ricerca di una falda od altra superficie di supporto orientati quanto più a Sud, privi di ombreggiamenti significativi, e con un’ inclinazione adeguata rispetto al piano orizzontale.

E quale sarebbe l'inclinazione migliore?
Diciamo che alle nostre latitudini, per impianti fissi, l'inclinazione ottimale è pari a 30°. Questa inclinazione mette l’impianto nelle condizioni migliori per ricevere l’irraggiamento solare dei mesi estivi, periodo in cui, grazie alla maggiore disponibilità di radiazione solare, è concentrata la maggior parte della produzione di energia elettrica. E’ quindi vantaggioso che il modulo fotovoltaico si trovi proprio nei mesi estivi nelle condizioni ottimali di incidenza della radiazione solare.


l’energia solare ha minore intensità superficiale nei mesi invernali

I raggi solari hanno inclinazione differente nelle diverse stagioni...
Sì, guarda questo diagramma, mostra proprio il percorso solare nei vari periodi dell'anno ed è relativo ad una certa latitudine geografica.

 

Ogni linea cosa rappresenta?Ciascuna linea rappresenta sul piano il percorso del sole nei vari periodi dell'anno, vedi che sono riportate le date corrispondenti ad alcuni periodi significativi dell'anno oltre che le ore. Sull'asse delle ascisse (x) viene indicato l'angolo azimutale, ovvero lo scostamento dal Sud. Sull'asse delle ordinate (y) invece viene riportata l'altezza solare, ovvero l'angolo che si forma tra i raggi solari e l'orizzonte.

Quindi il 20 giugno alla latitudine 40°N il sole sorge alle 4,30 circa, a 125° verso est (considerando 0° a Sud), alle 12 si trova a 70° di inclinazione rispetto all'orizzonte e tramonta a 125° verso ovest verso le 7,30...

Bene, vedo che hai capito...c'è solo da aggiungere che questa tabella è riferita all'ora solare, ma poiché nel periodo estivo è in vigore la convenzione dell'ora legale dovresti spostare in avanti di un'ora gli orari che mi hai riferito...

Dicevi prima che anche gli ombreggiamenti possono essere un problema...
Sì, i moduli fotovoltaici sono particolarmente sensibili agli ombreggiamenti. I moduli sono collegati tra di loro per costituire un circuito. Un certo numero di moduli vengono collegati in serie a costituire una stringa e poi più stringhe possono essere messe in parallelo per poi essere collegate all'inverter. Entro questo circuito scorre la corrente elettrica. L'effetto fotovoltaico è “scatenato” dalla radiazione solare, e grazie ad essa l'energia elettrica continua a scorrere tra le celle e nel resto del circuito, ma nel momento in cui la radiazione dovesse mancare anche in una sola delle celle, in quel punto l'energia non riuscirebbe a passare, in maniera equivalente all'effetto provocato da una strozzatura improvvisa in una tubazione che quindi ostruirebbe il passaggio dell'acqua.


analogia tra ombreggiamento di una cella e strozzatura in una tubazione

Questo oltre a compromettere il funzionamento dell'impianto è anche pericoloso per via dell'eventuale surriscaldamento puntuale della cella. Per ovviare a questo inconveniente, quasi tutti i moduli vengono realizzati con dei diodi di by-pass posti nella scatola di giunzione del modulo, componenti che, al verificarsi di certe condizioni, agiscono by-passando la corrente in quella parte del modulo. Anche se vi è una parziale perdita di producibilità, viene garantita la sicurezza del modulo da fenomeni di hot-spot (surriscaldamento della cella).

Quanto può produrre un impianto fotovoltaico, un kWp ad esempio?
La produzione dell'impianto è direttamente proporzionale alle caratteristiche di irraggiamento della località geografica. Ad esempio nel Nord Italia vi sarà una produzione media di circa 1.100 kWh annui per kWp installato. In Centro Italia invece avremo una produzione media di 1.300 kWh annui per kWp installato ed in Sud Italia si raggiungono produzioni di circa 1.500 kWh/kWp.


Radiazione solare annuale media in Italia

FONTI:
immagine Cd Te : http://www.nrel.gov/pv/cdte/perspective.html
immagine HIT: http://solar.sanyo.com/
immagine back contact: http://www.sunpowercorp.it/
immagine micromorfo: http://www.sontor.de/it

Altre fonti:
http://www.ingegneriadelsole.it/celle_fotovoltaiche.htm





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