Pannelli solari fotovoltaici: cosa sono e come funzionano

L'Italia negli ultimi anni sta investendo molto nella produzione di energia da fonti rinnovabili. Secondo il resoconto di EurObserv'ER, un consorzio dedicato al monitoraggio dello sviluppo delle energie rinnovabili in ogni settore e in ogni Stato membro dell'Unione Europea, l’Italia si classifica al secondo posto nella produzione di energia elettrica da pannelli fotovoltaici. Ma che cos’è e come funziona un pannello fotovoltaico?

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Principi di base

La radiazione solare, spesso chiamata luce solare, è un termine generale per indicare la radiazione elettromagnetica emessa dal Sole. Questa radiazione può essere sfruttata per produrre forme utili di energia, come il calore o l'elettricità, utilizzando una varietà di tecnologie. Tuttavia, la fattibilità tecnica ed il rendimento economico di queste tecnologie dipendono molto dal luogo specifico in cui si intende applicarle.

Ogni luogo della Terra riceve la luce solare almeno per una parte dell'anno. La quantità di radiazione solare che raggiunge un punto qualsiasi della superficie terrestre varia in base a diversi fattori, tra cui i più importanti sono:

• Posizione geografica
• Ora del giorno
• Stagione
• Paesaggio locale
• Tempo atmosferico locale.

Poiché la Terra è (circa) rotonda, i raggi solari colpiscono la superficie con angoli diversi, che vanno da 0° (appena sopra l'orizzonte) a 90° (direttamente sopra la testa). Quando i raggi solari sono verticali, la superficie terrestre riceve tutta l'energia possibile. Più i raggi solari sono inclinati, più a lungo attraversano l'atmosfera, diventando più dispersi e diffusi. Il fatto che la Terra sia rotonda implica anche che le gelide regioni polari non ricevono mai un Sole alto, anzi, a causa dell'asse di rotazione inclinato, per parte dell’anno non ricevono alcuna luce solare.

La Terra ruota intorno al Sole in un'orbita ellittica e, per questo, durante parte dell'anno, è più vicina al Sole. Quando ciò si verifica, la superficie terrestre riceve un po' più di energia solare. La Terra è più vicina al Sole quando è estate nell'emisfero australe (dove si trova l’Australia) e inverno nell'emisfero boreale (dove ci troviamo noi). Tuttavia, la presenza di vasti oceani modera le estati più calde e gli inverni più freddi che ci si aspetterebbe di vedere come risultato di questa differenza.

L'inclinazione di 23,5° dell'asse di rotazione terrestre è un fattore significativo nel determinare la quantità di luce solare che colpisce la Terra in un determinato luogo. Infatti, è proprio grazie a questa inclinazione che nell’emisfero boreale le giornate sono più lunghe dall'equinozio di primavera all'equinozio d'autunno, mentre in quello australe durante gli altri 6 mesi. I giorni e le notti durano esattamente 12 ore durante gli equinozi, che si verificano ogni anno intorno al 21 marzo e al 22 settembre.

Paesi come l’Italia, che si trovano alle medie latitudini, ricevono più energia solare in estate non solo perché le giornate sono più lunghe, ma anche perché il Sole è quasi sopra la testa. I raggi solari sono molto più inclinati durante le giornate più corte dei mesi invernali. Città come Gallipoli, (vicino al 40° di latitudine) ricevono quasi tre volte più energia solare a giugno che a dicembre.

Anche la rotazione della Terra è responsabile delle variazioni orarie della luce solare. Al mattino presto e nel tardo pomeriggio, il Sole è basso nel cielo. I suoi raggi attraversano l'atmosfera più a lungo che a mezzogiorno, quando invece è nel suo punto più alto. Quindi, in una giornata serena, come è lecito aspettarsi, la quantità di energia solare raggiunge un picco intorno a mezzogiorno.

Come sono fatti i pannelli fotovoltaici?

I pannelli fotovoltaici sfruttano l'irragiamento del sole, non il calore dell'aria, quindi non c'è bisogno di un clima straordinariamente caldo per il loro funzionamento.

I pannelli solari sono composti da celle fotovoltaiche posizionate una accanto all'altra e collegate, fatte di un materiale semiconduttore come il silicio con l'aggiunta di atomi di altri elementi come boro e fosforo.

I raggi solari vengono convertiti in energia elettrica all'interno delle celle: i fotoni colpiscono il silicio e gli altri elementi, liberano gli elettroni e producono corrente elettrica continua. Installando un inverter in casa, la corrente viene trasformata da continua ad alternata.

Per proteggere le celle si utilizza un vetro di copertura trattato appositamente per ottenere la massima efficienza. Un pannello di solito può funzionare per 25 o 30 anni.

Come funziona un pannello fotovoltaico?

La luce solare colpisce il pannello presente sul tetto di una casa. Dopodichè, il pannello converte l'energia in corrente continua. Una volta raggiunto l'inverter, questa viene trasformata in corrente alternata. L'energia è pronta per alimentare tutto ciò che è necessario all'interno dell'abitazione.

Se durante il giorno un sistema fotovoltaico produce più energia di quella necessaria a coprire il fabbisogno energetico, l’eccesso verrà utilizzato altrove attraverso un'immissione nella rete pubblica. Chi immette energia nella rete riceverà un credito che compensa il prelievo di energia dalla rete pubblica durante la notte, quando i pannelli solari non stanno producendo.

In alternativa, esistono i sistemi di accumulo fotovoltaici, che consentono di immagazzinare l'energia elettrica in eccesso. Conservandola, la si potrà sfruttare per coprire il fabbisogno durante la notte o nelle giornate in cui i pannelli non producono energia sufficiente per cause atmosferiche.