La cella fotovoltaica
La cella fotovoltaica è il componente elementare del sistema fotovoltaico ed è costituita da una “piccola fetta” di un materiale semiconduttore, quasi sempre silicio, che risulta essere l’elemento più diffuso in natura dopo l’ossigeno, con uno spessore pari a circa 0,3mm, con una superficie compresa tra i 100 e i 225 cm2.
ll silicio, non viene utilizzato come si trova in natura, ma viene opportunamente “drogato” mediante l’inserimento di atomi, per esempio con boro (drogaggio p), e sull’altra faccia, per esempio con fosforo (drogaggio n).
L’energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico sarà, ovviamente, proporzionale all’energia solare incidente, che come sappiamo varia nel corso della giornata, al variare delle stagioni, al variare delle condizioni atmosferiche e dalla posizione geografica.
Gli irraggiamenti solari (sulla superficie orizzontale) di alcune città italiane sono i seguenti:
| Città | kWh/m2/a |
| Roma | 1576 |
| Milano | 1291 |
| Firenze | 1499 |
| Torino | 1315 |
| Cagliari | 1595 |
| Palermo | 1736 |
Il modulo e il campo fotovoltaico
Il modulo fotovoltaico
Una serie di celle fotovoltaiche collegate tra di loro formano un modulo fotovoltaico.
Le celle possono essere in silicio monocristallino o policristallino. Ma esistono anche tecnologie differenti come: silicio amorfo o il film sottile, che non sono composte da cristalli di silicio perfettamente strutturati. La differenza principale tra questi tipi di moduli è l’efficienza, che però, non è un</div indicatore della qualità dei pannelli fotovoltaici, ma il rapporto tra la produzione e la superficie occupata.
Il silicio monocristallino ha le efficienze maggiori (15-20%) con circa 6 mq a kWp, mentre il Silicio policristallino ha efficienze minori (13%) con circa 6-7 mq a kWp, il film sottile è quello che ha la peggiore efficienza 6%.
La cella del silicio policristallino arriva alla massima produzione anche quando i raggi del sole non sono perpendicolari alla cella stessa e pertanto riesce a produrre anche in condizioni di luce minore. In qualsiasi posizione si trovi il sole c’è sempre un buon numero di cristalli orientati verso il sole, che gli permettono di ottenere sempre dei buoni risultati. Inoltre il Silicio policristallino da migliori risultati alle alte temperature e costano meno dei moduli in Silicio monocristallino. Oggi circa la metà di tutti gli impianti fotovoltaici del mondo sono realizzati in Silicio policristallino.
Un modulo di silicio policristallino ha solitamente 60/72 celle collegate tra loro dentro il modulo (con una protezione meccanica delle celle stesse e una cornice che permette il bloccaggio con la struttura di sostegno). La potenza oggi commercialmente più diffusa di un modulo policristallino è di 270 – 300 W a modulo. Ma esistono moduli con una potenza maggiore.
La stringa
I moduli collegati in serie tra di loro compongono una stringa. Le stringhe sono collegate tra di loro in parallelo o direttamente all’inverter. Le diverse stringhe collegate tra loro compongono il campo fotovoltaico del nostro impianto. La somma della potenza dei moduli ci indica la potenza complessiva dell’impianto fotovoltaico.
Tilt, azimut e posizionamento dell’impianto fotovoltaico
L’energia prodotta dal campo fotovoltaico dipende dalla località in cui è posizionato l’impianto, dai fattori meteorologici, ma anche da altri fattori come: tilt, azimut, ombreggiamento dell’impianto e dimensionamento tra inverter e campo fotovoltaico.
Il tilt è l’inclinazione dell’impianto fotovoltaico rispetto all’orizzontale, in Italia l’inclinazione ottimale è circa 30° (da non confondere con la percentuale di inclinazione che spesso viene indicata nella progettazione edilizia).
L’azimut è l’orientamento rispetto al SUD. Azimut zero significa che l’impianto è posizionato perfettamente a sud.
Nell’emisfero nord la posizione a sud pieno è la migliore in assoluto, al contrario nell’emisfero sud la posizione a nord è la posizione migliore. L’azimut può essere positivo o negativo: positivo se il campo è orientato verso ovest, negativo se verso est.
L’impianto produce di meno se l’impianto non è orientato verso il sud e ha quindi un’angolazione rispetto al sud, ma ciò non vuol dire che l’impianto non produca in maniera soddisfacente.
Installare l’impianto secondo la falda esistente è più semplice, meno costoso rispetto al posizionamento di una struttura con un orientamento differente nella copertura.
Inoltre in alcuni casi potrebbe non essere possibile in alcune zone (vincoli paesaggistici) o per le condizioni strutturali della copertura esistente. L’impianto fotovoltaico è relativamente leggero ma abbastanza problematico per il vento, in quanto le grandi dimensioni del campo fotovoltaico potrebbero creare delle problematiche alla struttura e quindi alla copertura. Gli impianti possono essere poi installati in strutture realizzate appositamente per l’impianto stesso, per es.: pergole in legno o in altri materiali, ombreggi, coperture fotovoltaiche, serre fotovoltaiche o altro.
L’impianto fotovoltaico, a differenza dell’impianto solare termico, è molto sensibile all’ombreggiamento e quindi alla diminuzione della radiazione solare per la presenza di ombre nel modulo. L’ombreggiamento diminuisce tantissimo il rendimento dell’impianto fotovoltaico ed è pertanto importante tener conto dell’ombreggiamento in sede di progettazione e installazione.
L’inverter
L’inverter è un componente elettronico che consente di trasformare l’energia in DC (continua) che proviene dal campo fotovoltaico in corrente alternata AC, che si utilizza nella rete elettrica nazionale e negli utilizzatori del nostro impianto elettrico.
L’inverter (o convertitore DC/AC) è quindi un componente fondamentale dell’impianto. Gli inverter devono essere scelti in base alla potenza dell’impianto, alle caratteristiche di installazione dell’impianto fotovoltaico (cioè possono avere uno o più inseguitori solari per installazioni per esempio su falde diverse).
In un impianto, a seconda della potenza, potrebbero esserci più inverter.
Gli inverter, installati in Italia, devono essere conformi alla norma CEI 0-21 (per gli impianti in BT) o alla norma CEI 0-16 (per gli impianti in AT e in MT).
Nelle installazioni in bassa tensione con una potenza superiore a 11,08 kW, il sistema di interfaccia (la protezione da installare verso la rete in AC) deve esterna all’inverter, nel caso in cui la potenza sia più bassa la protezione di interfaccia può essere interna, con una procedura e un’installazione più semplice.
Solitamente gli inverter sono un componente dell’impianto di cui non si tiene particolarmente conto nel preventivo, rispetto al modulo fotovoltaico, invece è un componente importantissimo nella scelta dell’impianto.
INDICE
CHE COS’È IL FOTOVOLTAICO
TECNOLOGIA DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO
SCAMBIO SUL POSTO
DETRAZIONI FISCALI SUL FOTOVOLTAICO
IMPIANTI CONNESSI IN RETE CON ACCUMULATORI