Pubblicato il 22-02-2011

Componenti e funzionamento di un impianto fotovoltaico

Ormai siamo abituati a vedere un impianto fotovoltaico sul tetto di una casa o su un terreno, ma vi siete mai chiesti come funzionano?

L’effetto fotovoltaico” (dal greco “foto” “luce” e da “voltaico” derivato dal nome del fisico comasco Alessandro Volta, inventore della pila) è il processo di conversione dell’energia solare in energia elettrica e più precisamente della radiazione solare (diretta o diffusa) in una corrente di elettroni.

Il processo utlizza il fenomeno fisico dell’interazione di un fotone (radiazione solare) con gli elettroni esterni di alcuni materiali (semiconduttori) che grazie all’energia ricevuta dal fotone si liberano dall’atomo originario lasciando una lacuna; gli elettroni degli atomi vicini si spostano occupando le lacune creatasi negli atomi adiacenti e così via. Il fenomeno è complesso, ma si può schematizzare così. Si origina in tal modo un vero e proprio flusso di elettroni: la corrente elettrica.

La cella fotovoltaica (o cella solare) è il mezzo dove si verifica il processo di conversione dell’energia solare in energia elettrica. Consiste in una lastra di materiale semiconduttore (comunemente è silicio) di spessore medio pari a circa 0,3 mm che, trattata in modo opportuno (ovvero “drogata” con atomi di bario e di fosforo), origina una differenza di potenziale tra la superficie superiore (-) e quella inferiore (+). La radiazione solare che colpisce la cella mette in movimento gli elettroni che si spostano dalla parte negativa a quella positiva creando un flusso che genera corrente continua. Questo flusso rappresenta di per sè già un generatore di una corrente di tipo continuo (come quella delle batterie).

La corrente continua prodotta dalle celle solari viene poi trasformata in corrente alternata da un inverter, un invertitore, il vero”cuore” di un impianto fotovoltaico. Parallelamente all’inverter sono presenti anche un trasformatore e un sistema di rifasamento e filtraggio che garantiscono la qualità della potenza in uscita. L’energia elettrica è ora pronta per alimentare direttamente il consumo di un’utenza o per essere ceduta alla rete pubblica.

Le celle fotovoltaiche collegate tra loro formano un modulo fotovoltaico. I più diffusi sono costituiti da 36 celle disposte su 4 file parallele collegate in serie, con una superficie che varia da 0,5 a 1m2. Più moduli collegati in serie formano un pannello. Più pannelli collegati in serie costituiscono una stringa. Più stringhe, collegate generalmente in parallelo per fornire la potenza richiesta, costituiscono il generatore fotovoltaico (l’impianto). Completano l’impianto le strutture di sostegno e/o ancoraggio dei diversi moduli al terreno o sul tetto di un edificio, il sistema di cavi elettrici e di collegamento, uno o più contatori per il monitoraggio dell’energia autoconsumata e di quella eventualmente immessa nella rete pubblica e tutti i componenti di protezione di interfaccia e controllo previsti dal gestore della rete.

Per poter contabilizzare l’energia prodotta dall’impianto vengono in genere installati due contatori (M1 e M2): M1 è un contatore bidirezionale che misura o l’energia che dall’impianto fotovoltaico fluisce verso la rete o quella assorbita dalle utenze; M2, invece, contabilizza tutta l’energia fotovoltaica prodotta dall’impianto che viene incentivata dal GSE con il “Conto Energia”.

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