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FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI (FER)




Tecnologia
fotovoltaica

L’effetto fotovoltaico è stato osservato per la prima volta da Henri Bequerel nel 1839. Egli osservò che l’intensità della corrente tra due elettrodi di platino immersi in una soluzione conduttrice di nitrato di piombo (cella elettrolitica), contenuta in un cilindro di vetro, aumentava se si esponeva la pila così composta alla luce del Sole.
Per questo l’effetto fotovoltaico è definito come la generazione di una corrente continua che viene a instaurarsi tra due elettrodi attaccati a un sistema solido o liquido se sottoposto a luce solare. Tutti i dispositivi fotovoltaici sono composti da una giunzione p-n in un semiconduttore attraverso il quale viene a scorrere una corrente. Questi dispositivi sono conosciuti con il nome di celle fotovoltaiche.
Nel 1954 negli USA studi presso i laboratori Bell portarono alla realizzazione delle prime celle fotovoltaiche commerciali in silicio monocristallino. In questo periodo la tecnologia fotovoltaica trovò applicazione in campo aerospaziale. Solo a partire dal 1970 con il manifestarsi delle crisi energetiche di portata mondiale, si iniziò a trasferire la tecnologia fotovoltaica anche nel settore delle costruzioni civili.
Attualmente sul mercato le celle fotovoltaiche hanno diverse dimensioni a seconda della loro tipologia:

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  • Celle a silicio monocristallino: hanno un grado di maggior purezza del materiale e garantiscono le migliori prestazioni in termini di efficienza avendo il rendimento più alto (oltre il 15%). Si presentano di colore blu scurissimo uniforme e hanno forma circolare o ottagonale, di dimensione dagli 8cm ai 12 cm di diametro e 0.2mm - 0.3 mm di spessore.

  • Celle a silicio policristallino: hanno una purezza minore condizione che comporta una minor efficienza ossia il loro rendimento si aggira tra l’11 e il 14%. Si presentano di un colore blu intenso cangiante dovuto alla loro struttura policristallina. Hanno forma quadrata o ottagonale e di spessore analogo al precedente tipo.

  • Silicio amorfo: si tratta della deposizione di uno strato sottilissimo di silicio cristallino (1-2 micron) su superfici di altro materiale, ad esempio vetri o supporti plastici. In questo caso è improprio parlare di celle, in quanto possono essere ricoperte superfici anche consistenti in modo continuo. L’efficienza di questa tecnologia è sensibilmente più bassa, nell’ordine del 5-6.8% ed è soggetta a un decadimento consistente (-30%) delle proprie prestazioni nel primo mese di vita (effetto Stabler-Wronsky) che impone quindi un sovradimensionamento della superficie installata, in modo da consentire in fase di esercizio la produzione di energia elettrica preventivata in sede di progetto.

  • Celle amorfe a film sottile: CIS (Copper Indium Diselenide), CIGS (Copper Indium Gallium Diselinide), AsGa (Arsenuro di Cadmio), CdTe (Telluro di Cadmio). Sono celle di basso costo e spessori dell’ordine dei 5 – 10 micrometri. L’efficienza resta nettamente inferiore alle celle a silicio monocristallino e policristallino.

L’insieme di più celle fotovoltaiche collegate tra loro in serie o in parallelo, così da ottenere valori di tensione e corrente adatti ai comuni impieghi, è detto modulo fotovoltaico. Nel modulo le celle sono protette dagli agenti atmosferici da un vetro sul lato frontale e da materiali isolanti e plastici sul lato posteriore.


I componenti di un impianto fotovoltaico

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I Moduli fotovoltaici costituiscono l’elemento principale dell’impianto in quanto la loro esposizione alla radiazione solare determina la produzione di energia elettrica (in corrente continua). All’interno del modulo ci sono le celle fotovoltaiche, generalmente costituite da sottilissime “fette” di silicio che, opportunamente trattate, danno luogo alla conversione diretta dell’energia luminosa in energia elettrica. Sulla base delle caratteristiche della cella si parla di celle a silicio monocristallino, celle a silicio policristallino e celle a film sottile o “thin film”.

Le Strutture di sostegno dei moduli sono le strutture che sorreggono i moduli e provvedono al loro orientamento, dando un'inclinazione rispetto al piano orizzontale. In Italia l’inclinazione ottimale è di circa 30°. Le strutture possono essere in acciaio zincato a caldo o in alluminio, e vengono vincolate sulla superficie di installazione mediante degli ancoraggi o delle zavorre.

L’ Inverter è un dispositivo elettronico che consente di adeguare l'energia elettrica prodotta dai moduli alle esigenze delle apparecchiature elettriche e della rete, operando la conversione da corrente continua a corrente alternata con una frequenza di 50 Hz.

Il sistema di controllo è un dispositivo elettronico che comunica con l’inverter e con eventuali sensori accessori (misure metereologiche ed elettriche).

I misuratori di energia sono degli apparati che vengono installati sulle linee elettriche e misurano l'energia che li attraversa, ad esempio vengono utilizzati per conteggiare l'energia prodotta dall'impianto e quella immessa in rete.

I quadri elettrici e cavi di collegamento quadri, cavi, interruttori ed eventuali ulteriori dispositivi di protezione sono i componenti elettrici che completano l'impianto.



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