Gallicano c'è

Cosa è un impianto fotovoltaico?

Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico che sfrutta l'energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico. Questi impianti permettono di trasformare, direttamente e istantaneamente, l’energia solare in energia elettrica senza l’uso di alcun combustibile.

Questo è possibile sfruttando il cosiddetto “effetto fotoelettrico”, cioè la capacità che hanno alcuni semiconduttori opportunamente trattati, “drogati”, di generare elettricità se esposti alla radiazione luminosa, infatti all’interno del sole, a temperature di alcuni milioni di gradi centigradi, avvengono incessantemente reazioni termonucleari di fusione che liberano enormi quantità di energia sottoforma di radiazioni elettromagnetiche.

Una parte di questa energia, dopo aver attraversato l’atmosfera, arriva al suolo con un’intensità di circa
1.000W/m2. Questo enorme flusso di energia che arriva sulla Terra è pari a circa 15.000 volte l’attuale
consumo energetico mondiale. Di questa energia, però, solo una parte può essere utilizzata dagli impianti
fotovoltaici.

La quantità di energia solare che può essere utilmente “raccolta” da un dispositivo fotovoltaico dipende
dall’irraggiamento del luogo. L’irraggiamento è, infatti, la quantità di energia solare incidente su una
superficie unitaria in un determinato intervallo di tempo, tipicamente un giorno (kWh/m2/giorno).

Il valore istantaneo della radiazione solare incidente sull’unità di superficie viene invece denominato radianza
(kW/m2).

L’irraggiamento è influenzato dalle condizioni climatiche locali (nuvolosità, foschia ecc..) e dipende dalla
latitudine del luogo, cresce cioè quanto più ci si avvicina all’equatore.

In Italia, l’irraggiamento medio annuale varia dai 3,6kWh/m2/giorno della pianura padana ai 4,7kWh/m2/giorno del centro Sud e ai 5,4kWh/m2/giorno della Sicilia.

Risulta evidente quindi che nel nostro paese le regioni del meridione sono decisamente più favorevoli alla
sviluppo di questo genere di tecnologia a causa del loro maggiore irraggiamento.

Materiali

I pannelli sono costituiti da una serie di celle fotovoltaiche realizzati con diversi possibili  materiali; il silicio è in assoluto il più utilizzato. Le tecnologie di realizzazione più comuni sono:

Moduli cristallini 

• Silicio monocristallino, in cui ogni cella è realizzata a partire da un wafer la cui struttura cristallina è omogenea (monocristallo)
• Silicio policristallino, in cui il wafer di cui sopra non è strutturalmente omogeneo ma organizzato in grani localmente ordinati.

Moduli a film sottile 

• Silicio amorfo, in cui gli atomi di silicio vengono deposti chimicamente in forma amorfa, ovvero strutturalmente disorganizzata, sulla superficie di sostegno. Questa tecnologia impiega quantità molto esigue di silicio (spessori dell'ordine del micron). I moduli in silicio amorfo mostrano in genere una efficienza meno costante delle altre tecnologie rispetto ai valori nominali, pur avendo garanzie in linea con il mercato. Il dato più interessante riguarda l'EROEI, che fornisce valori molto alti (in alcuni casi arrivano anche a 9), il che attesta l'economicità di questa tecnologia.
• Tellururo di cadmio (CdTe)
• Solfuro di cadmio (CdS) microcristallino, che presenta costi di produzione molto bassi in quanto la tecnologia impiegata per la sua produzione non richiede il raggiungimento delle temperature elevatissime necessarie invece alla fusione e purificazione del silicio. Esso viene applicato ad un supporto metallico per spray-coating, cioè viene letteralmente spruzzato come una vernice. Tra gli svantaggi legati alla produzione di questo genere di celle fotovoltaiche vi è la tossicità del cadmio ed il basso rendimento del dispositivo.
• Arseniuro di gallio (GaAs), una lega binaria con proprietà semiconduttive, in grado di assicurare rendimenti elevatissimi, dovuti alla proprietà di avere un gap diretto (a differenza del silicio). Viene impiegata soprattutto per applicazioni militari o scientifiche avanzate (come missioni automatizzate di esplorazione planetaria o fotorivelatori particolarmente sensibili). Tuttavia il costo proibitivo del materiale monocristallino a partire dal quale sono realizzate le celle, lo ha destinato ad un impiego di nicchia.
• Diseleniuro di indio rame (CIS), con opacità variabile dal 100% al 70% ottenuta mediante fori ricavati direttamente nel film.
• Diseleniuro di indio rame gallio (CIGS)

Prestazioni e rendimenti 

Le prestazioni dei moduli fotovoltaici sono suscettibili di variazioni anche sostanziose in base:

• al rendimento dei materiali;
• alla tolleranza di fabbricazione percentuale rispetto ai valori di targa;
• all'irraggiamento a cui le sue celle sono esposte;
• all'angolazione con cui questa giunge rispetto alla sua superficie;
• alla temperatura di esercizio dei materiali, che tendono ad "affaticarsi" in ambienti caldi;
• alla composizione dello spettro di luce.

Per motivi costruttivi, il rendimento dei moduli fotovoltaici è in genere inferiore o uguale al rendimento della loro peggior cella. Con rendimento si intende la percentuale di energia captata e trasformata rispetto a quella totale giunta sulla superficie del modulo; è quindi proporzionale al rapporto tra watt erogati e superficie occupata, ferme restando tutte le altre condizioni.

Valori tipici riscontrabili nei comuni prodotti commerciali a base silicea si attestano intorno al:

• 15% nei moduli in silicio monocristallino;
• 13% nei moduli in silicio policristallino;
• 6% nei moduli in silicio amorfo.

Ne consegue che ad esempio a parità di produzione elettrica richiesta, la superficie occupata da un campo fotovoltaico amorfo sarà più che doppia rispetto ad un equivalente campo fotovoltaico cristallino. A causa del naturale affaticamento dei materiali, le prestazioni di un pannello fotovoltaico comune diminuiscono di circa un punto percentuale su base annua.

Per garantire la qualità dei materiali impiegati, la normativa obbliga una garanzia di minimo due anni sui difetti di fabbricazione anche sul calo di rendimento del silicio nel tempo, questa arriva minimo 20 anni. La garanzia oggi nei moduli di buona qualità è del 90% sul nominale per 10 anni e dell'80% sul nominale per 25 anni.

I moduli fotovoltaici odierni hanno una vita stimata di 80 anni circa, anche se è plausibile ipotizzare che vengano dismessi dopo un ciclo di vita di 35-40 anni, a causa della perdita di potenza dei moduli e del miglioramento tecnologico dei nuovi prodotti.

Fonti:

• Wikipedia