L’energia fotovoltaica è il motore della transizione ecologica verso un modello di sviluppo sostenibile. Ecco come si produce e a cosa serve.
Di pannelli solari e di fotovoltaico sentiamo parlare ormai quotidianamente: l’energia del sole è il motore della transizione ecologica verso un modello di sviluppo sostenibile. Si ottiene convertendo la luce solare in energia elettrica fotovoltaica mediante una tecnologia basata sull’effetto fotoelettrico ed è potenzialmente inesauribile e non inquinante. Può inoltre essere prodotta in impianti che vanno dai piccoli generatori per l’autoconsumo ai grandi impianti fotovoltaici in grado di alimentare intere città. Ma come si genera esattamente? E a cosa serve?
Cos’è l’effetto fotovoltaico?
Il processo che trasforma la luce del sole in energia elettrica è noto come “effetto fotovoltaico” e si verifica nelle celle dei pannelli solari. La luce solare è composta da fotoni, particelle di energia solare che contengono quantità variabili di energia corrispondenti alle lunghezze d’onda dello spettro solare. Una cella fotovoltaica è realizzata in materiale semiconduttore e quando i fotoni la colpiscono, possono riflettersi su di essa, passarle attraverso o essere assorbiti dal materiale semiconduttore. Solo i fotoni assorbiti forniscono energia fotovoltaica per generare elettricità.
Quando il materiale semiconduttore assorbe abbastanza luce solare, gli elettroni vengono rimossi dagli atomi del materiale. Il trattamento speciale della superficie del materiale durante la produzione rende la superficie anteriore della cella più ricettiva agli elettroni in modo che migrino naturalmente verso la superficie della cella.
Il movimento di elettroni, ciascuno con una carica negativa, verso la superficie anteriore della cella solare fotovoltaica crea uno squilibrio di carica elettrica tra la superficie anteriore e posteriore della cella. Questo squilibrio, a sua volta, crea un potenziale di tensione come i terminali negativo e positivo di una batteria. I conduttori elettrici sulla cella assorbono gli elettroni e quando sono collegati in un circuito elettrico a un carico esterno, come una batteria, l’elettricità scorre attraverso il circuito.
Com’è fatto un impianto fotovoltaico?
Esistono due tipi di impianti fotovoltaici: quelli connessi alla rete e quelli non connessi. Tra quelli connessi alla rete ci sono le centrali fotovoltaiche, la cui energia prodotta è immessa nella rete elettrica, e i generatori per l’autoconsumo, la cui energia prodotta è in parte consumata dal produttore e in parte immessa nella rete. Inoltre, il produttore può prelevare dalla rete l’energia necessaria per soddisfare i propri fabbisogni quando l’unità fotovoltaica non ne fornisce abbastanza.
Questi impianti connessi alla rete hanno tre elementi di base:
- i pannelli fotovoltaici, gruppi di celle fotovoltaiche montate tra strati di silicio che catturano la radiazione solare e trasformano la luce in energia elettrica
- l’inverter, che converte la corrente elettrica continua prodotta dai pannelli in corrente alternata, idonea al consumo
- il trasformatore, che eleva la corrente alternata generata dagli inverter a bassa tensione alla media tensione
Le strutture off-grid operano invece in isolamento e sono spesso situate in luoghi remoti per soddisfare le esigenze di illuminazione, supportare le telecomunicazioni e permettere di far funzionare dispositivi elettrici. Queste piante isolate richiedono due elementi aggiuntivi per funzionare:
- batterie per immagazzinare l’energia prodotta dai pannelli che non viene utilizzata quando viene generata e potrà invece essere utilizzata quando serve
- controller per proteggere la batteria dal sovraccarico e prevenire un uso inefficiente
Questo sistema di accumulo è in realtà importante anche nel caso dell’autoconsumo. Permette infatti di riequilibrare domanda e offerta di energia fotovoltaica evitando di disperderla quando la produzione è eccessiva e al contrario evitando che l’utente rimanga senza energia quando non ne viene prodotta abbastanza.
Com’è fatto un pannello fotovoltaico?
La cella fotovoltaica è l’elemento base di un impianto fotovoltaico. Ogni pannello o modulo ne contiene diverse e le tiene al riparo dalle intemperie. I pannelli fotovoltaici variano in dimensioni e nella quantità di elettricità prodotta a seconda del numero di celle che contengono e alla loro superficie. Possono poi a loro volta essere collegati in gruppi per formare un campo fotovoltaico o array fotovoltaico, composto da un minimo di due a centinaia di pannelli fotovoltaici.
Le celle fotovoltaiche generano elettricità a corrente continua, ma la trasmissione e distribuzione dell’elettricità e l’alimentazione degli apparecchi di uso comune avvengono con corrente alternata. A convertire la prima nella seconda, come si è detto, ci pensano gli inverter.
I pannelli fotovoltaici naturalmente producono la maggior quantità di energia fotovoltaica quando sono direttamente rivolti verso il sole. Perché ciò accada, in genere vengono installati rivolti a sud nell’emisfero settentrionale e a nord nell’emisfero meridionale oppure sono dotati di sistemi di tracciamento che seguono i movimenti del sole.
A cosa serve l’energia fotovoltaica?
A seconda delle dimensioni, del numero di celle, pannelli e array coinvolti e della loro efficienza, un impianto fotovoltaico può alimentare in modo sostenibile qualunque dispositivo funzioni con l’elettricità, da una calcolatrice a un’intera città con milioni di utenti. Il fotovoltaico può garantire una fornitura elettrica anche in luoghi in cui non esistono sistemi di distribuzione dell’elettricità. Aiuta così in modo decisivo a combattere le disuguaglianze e la povertà energetiche, come invita a fare l’obiettivo 7 dell’Agenda 2030: “Assicurare a tutti l’accesso a sistemi di energia economici, affidabili, sostenibili e moderni”.
