
L'effetto fotovoltaico
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Fig. 1: Cella fotovoltaica in silicio monocristallino. Le
strisce argentate sono i contatti ohmici che permettono la
connessione in serie di più celle. |
La tecnologia fotovoltaica (FV) consente di trasformare direttamente
l'energia della radiazione
solare in energia elettrica, con
un'efficienza
globale tra il 16% e il 18% per una
singola cella
fotovoltaica
monocristallina.
Questa tecnologia sfrutta l'effetto fotovoltaico che è basato sulle
proprietà di alcuni materiali semiconduttori, in grado di convertire l'energia
della radiazione solare in energia elettrica, senza parti meccaniche in
movimento e senza l'uso di alcun combustibile (Fig. 1).
Questi dispositivi sono fabbricati a partire da materiali
semiconduttori ,
come il
silicio
(Si), l'arsenurio di gallio (GaAs) e il solfato di rame (Cu2S). In una cella fotovoltaica, i
fotoni
della luce solare
incidente spezzano i legami degli elettroni del semiconduttore, consentendo così
agli elettroni di muoversi liberamente nel semiconduttore. Le posizioni lasciate libere dagli elettroni agiscono come cariche positive
e prendono il nome di "lacune".
Le celle fotovoltaiche consistono generalmente in due regioni sottili, una sopra all'altra, ognuna dotata di impurità aggiunte appositamente
chiamate droganti. Il risultato è che una regione è di "tipo n", avendo un eccesso di elettroni (negativi), mentre l'altra è di "tipo p",
avendo un'eccesso di lacune positive. Questa struttura a 2 regioni, chiamata giunzione p-n, produce un
campo
elettrico
interno. Quando i fotoni
creano elettroni liberi e lacune in prossimità della giunzione p-n, il campo elettrico interno li fa muovere in direzioni opposte; gli elettroni
si muovono verso il lato n e le lacune si muovono verso il lato p. Viene quindi
generata una tensione (forza elettromotrice, f.e.m.) fra le regioni p ed n, con il
lato p positivo ed il lato n negativo. Se tramite di fili si collegano il lato p ed il lato n ad un "carico", per esempio una lampadina, vi è
una tensione ai capi del carico e una corrente elettrica scorre sul carico.

Fig. 2: Singole celle fotovoltaiche (1) connesse in serie
formano un modulo fotovoltaico (2). Più moduli assemblati
realizzano un impianto fotovoltaico (3). |
Il silicio in forma cristallina è il materiale
maggiormente utilizzato per la fabbricazione di celle fotovoltaiche,
che tipicamente hanno
dimensioni di 12 cm x 12 cm. Le celle vengono assemblate in modo da
ottenere
moduli
fotovoltaici
di circa mezzo metro quadrato di superficie (Fig. 2).
Celle di altro tipo sono quelle in silicio policristallino e amorfo
che hanno un rendimento inferiore, e quelle con più di due giunzioni
che possono avere un rendimento superiore, ma sono molto care. Al momento uno
sforzo considerevole viene impiegato per sviluppare celle plastiche
con polimeri che dovrebbero avere un basso costo, ma anche una bassa
efficienza.
I sistemi fotovoltaici sono costituiti da molti pannelli FV
connessi in serie e in parallelo; grazie a questa modularità presentano una grande
flessibilità di utilizzo. Un sistema fotovoltaico può essere un
sistema isolato (stand
alone ) oppure connesso alla rete elettrica (grid
connected ).
In entrambi i casi occorre trasformare la corrente
elettrica continua fornita dalle celle in corrente alternata tramite
l'utilizzo di un
inverter .
The Webweavers: Last modified Wed, 12 Apr 2006 10:17:15 GMT
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