Impianti fotovoltaici
La convenienza economica di un impianto fotovoltaico, in rapporto alla superficie disponibile, dipende sostanzialmente dell’efficienza delle celle impiegate. Raddoppiando l’efficienza delle celle si ottiene infatti un raddoppio della resa dell’impianto a parità di superficie impegnata. Attualmente le celle fotovoltaiche prodotte a livello industriale hanno un’efficienza (percentuale di radiazione solare trasformata in energia elettrica) compresa tra il 5% e il 17%, celle con efficienze più elevate sono in fase di sviluppo.
Ad esempio, con la tecnologia delle celle tandem, che utilizza celle a base di arseniuro di gallio e antimoniuro di gallio sovrapposte in strati, sarà un giorno possibile ottenere un’efficienza del 31%. Parallelamente alle ricerche indirizzate al miglioramento dell’efficienza delle celle, si sta cercando di sviluppare dei metodi di produzione più economici. I materiali in questo senso più efficienti sono al momento il diseleniuro di rame e indio (CIS), il telloruro di cadmio (CdTe), e ultimamente il silicio microcristallino + silicio amorfo (film sottile micromorph mc-Si); tutti e tre già utilizzati nella produzione di pannelli fotovoltaici.
Il silicio
Il silicio è costituito da un insieme di atomi (o molecole) legati tra loro in modo rigido. Normalmente la tensione continua ottenuta da una cella è circa 0,5 Volt. Le celle possono avere diverse dimensioni in funzione del loro utilizzo. La tecnologia per ridurre i costi, è orientata ad aumentare l’efficienza della cella e a ridurre lo spessore del wafer. Quando si parla di efficienza occorre distinguere l’efficienza delle celle, del pannelli e del sistema. Ridurre lo spessore delle celle significa produrre più celle con minor quantità di silicio. Oggi la quantità di silicio prodotto è inferiore alla domanda del mercato.
La radiazione solare che raggiunge il pianeta Terra può essere convertita in energia elettrica mediante:
- la conversione fotovoltaica, che permette la trasformazione diretta dell’energia solare in elettricità sfruttando il fenomeno fisico dell’effetto fotovoltaico, che si genera quando la luce colpisce particolari materiali
- la conversione termica (termodinamica), che utilizza differenti sistemi tecnologici per raccogliere e concentrare la radiazione solare su un fluido termovettore; il calore immagazzinato dal fluido è successivamente trasferito al circuito di una convenzionale centrale per la produzione di energia elettrica.
Il dispositivo elementare che è alla base della tecnologia fotovoltaica è la cella fotovoltaica costituita da un materiale semiconduttore (silicio, rame, indio, cadmio, gallio, etc.) opportunamente trattato.Un insieme di celle fotovoltaiche collegate tra loro in serie o in parallelo costituisce il modulo fotovoltaico, il componente base commercialmente disponibile. Più moduli, connessi elettricamente fra loro ed installati meccanicamente nella loro sede di funzionamento, compongono un campo fotovoltaico. Un impianto fotovoltaico è costituito da uno o più campi fotovoltaici, dai convertitori di corrente continua in corrente alternata detti inverter, e dai componenti di protezione e controllo da situare in base alle normative vigenti. Gli aspetti positivi della tecnologia fotovoltaica possono riassumersi in:
- assenza di qualsiasi tipo d’emissione inquinante durante il funzionamento dell’impianto;
- risparmio dei combustibili fossili;
- estrema affidabilità poiché, nella maggior parte dei casi, non esistono parti in movimento (vita utile superiore ai 30 anni);
- costi di esercizio e manutenzione ridotti;
- modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli ed eventualmente degli inverter).
A fronte di tali vantaggi, bisogna mettere in conto l’aspetto penalizzante principale rappresentato dal costo degli impianti attualmente elevato, anche se il trend è a un sensibile ribasso, a causa di un mercato che non ha ancora raggiunto la piena maturità tecnica ed economica.
Per tale motivo in molti paesi (Italia, Germania, Francia, Spagna, Grecia) lo sviluppo di questa tecnologia è guidato e sostenuto da programmi e meccanismi d’incentivazione governativi, che hanno innescato una forte crescita del mercato, attualmente caratterizzato dal più alto tasso di crescita annuo dell’intero settore elettrico (30-40%).