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La tecnologia fotovoltaica

Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle forme di energia generate da fonti il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future o che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono,quindi,esauribili nella scala dei tempi umani.

Pertanto rientrerebbero  in questo campo:

L’energia solare

L’energia solare rappresenta l’energia,termica o elettrica,prodotta sfruttando direttamente l’energia irraggiata dal sole sulla Terra.
In ogni istante il Sole trasmette sull’orbita terrestre circa 1367 watt per metroquadro e quindi,tenendo conto che la Terra è una sfera ruotante,l’irragiamneto solare sulla superfice terrestre mediato sulle 24 ore e sulle 4 stagioni ammonta,alle latitudini europee,a circa 200 watt/mq.
Le tecnologie principali per trasformare in energia sfruttabile l’energia del sole sono:

• Il pannello solare,che sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche contenuto nel suo interno in grado di cedere calore,tramite uno scambiatore di calore,all’acqua contenuta in uno serbatoio di accumulo;
• Il pannello solare a concetrazione,che sfrutta una serie di specchi parabolici a struttura lineare per concentrare i raggi solari inn un tubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore o una serie di specchi piani che concentrano i raggi all’estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di Sali che per il calore assorbito fondono;
• Il pannello fotovoltaico,che sfrutta le proprietà di particolari elementi per produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce.

L’UTIZZO DEL FOTOVOLTAICO

L’energia proveniente dal sole,sia nelle sue forme dirette che in quelle indirette come,ad esempio,l’energia del vento,quella proveniente dall’utilizzo delle biomasse, e l’utilizzo della forza motrice dell’acqua per alimentare i mulini,hanno rappresentato per molto tempo le uniche forme di energia utilizzabile.

Tale situazione è rimasta pressochè immutata fino alla scoperta dei combustibili fossili e l’avvio conseguente dell’era industriale.
L’utilizzo dell’energia ricavata dai combustibili fossili ha permesso all’uomo di raggiungere traguardi importanti ed allo stasso tempo inimmaginabili per quelle generazioni che dovevano sopravvivere utilizzando esclusivamente l’energia del sole.
Tali livelli di progresso hanno,tuttavia,messo in evidenza anche aspetti ambientali certamente significativi.
In questo senso,quindi,le tecnologie solari possono contribuire assai significativamente alla riduzione dell’impatto complessivo sugli equilibri naturali.

Certamente può essere sottolineato che in tutte le epoche ed in tutto il mondo è possibile ritrovare tecniche per l’uso dell’energia solare anche se solo recentemente sono state inventate e sviluppate tecnologie solari molto più avanzate.
I primi tentativi in questo senso risalgono alla fine dell’ottocento quando furono approntate ricerche specifiche che hanno tentato di trasformare il calore solare in energia.

Questi tentativi pioneristici,anche se soddisfacenti da un punto di vista tecnico,risultavano sicuramente insostenibili dal punto di vista comnmerciale. Già verso la fine dell’ottocento era stato ipotizzato,seppure con un certo azzardo,il momento in cui si sarebbe esaurito il carbone,rimandando,quindi,alla possibilità che il calore del sole avrebbe potuto sostituire la combustione del carbone per consentire alle industrie di continuare la loro produzione.

Era stato scoperto,infatti,durante gli scavi archeologici di pompei,che i Romani usavano particolari betri trasparenti che facevano ipotizzare un loro uso,seppure primitivo,finalizzato ad intrappolare il calore solare dopo la sua esposizione ai raggi solari.
Nelle case romane,infatti,erano presenti le stanze scaldate dal sole da speciali eliocamini che   erano in grado di generare quello che oggi chiamano effetto-serra.
Tuttavia,nonostante tali intuizioni,dopo molti calcoli ed analisi,si arrivò alla conclusione che   per produrre vapore sufficiente ad alimentare le macchine dell’industria sarebbe stato  necessario realizzare un impianto solare troppo grande da non essere attuabile,sia per motivi economici che tecnici.

Nonostante questi primi clamorosi insuccessi,non fu abbandonata l’idea di produrre energia direttamente dal sole.
Infatti un certo Frank Shuman,riusci’a costruire in Egitto,dove il terreno e la manodopera costavano poco,il sole era abbondante ed il carbone costava troppo,una copertura di vetro che copriva dei tubi anneriti nei quali faceva passare del liquido a bassa temperatura di ebollizione per generare il vapore necessario a far muovere un motore.
L’impianto solare venne anche dotato di un sistema di accumulo in modo di garantire il suo funzionamento anche quando non c’era il sole.
Lo scoppio della Prima Guerra Mondiale fermò ancora una volta le ricerche in questo settore che ripresero,in modo formalizzato,soltanto a seguito della crisi petrolifera del 1973,quando per l’ennesima volta,il costo elevato e la ridotta disponibilità di questa fonte  energetica fecero si che si tornasse a guardare,ancora una volta,all’energia solare.
E’ appunto in quegli anni che alcuni scienziati statunitensi scoprono una nuova tecnologia per sfruttare l’energia del sole ed ottenere direttamente elettricità.Tale tecnologia era rappresentata dal fotovoltaico che è in grado di convertire direttamente l’energia solare in elettricità mediante celle solari molto sottili evitando,quindi,caldaie,turbine e torri di raffreddamento.

NASCITA,EVOLUZIONE ED AFFERMAZIONE DEL FOTOVOLTAICO

Una delle più importanti scoperte effettuate nel campo dei sistemi fotovoltaici è stata effettuata da due scienziati britannici i quali scoprirono che il selenio riusciva a convertire la luce del sole in elettricità.
Infatti i due fecero attraversare una barra di selenio dalla corrente fornita da una batteria e successivamente,quando scolllegarono la batteria,si accorsero che il flusso si invertiva,lo esposero alla luce di una fiamma e si resero conto che la corrente fluiva nella direzione opposta a quella dell’esperimento precedente.

Sembrava,in questo modo,che la luce stesse generando all’interno del selenio una certa energia opposta a quella generata dalla batteria.
Le conclusioni cui arrivarono stabilirono che nel selenio si poteva generare una corrente semplicemente per effetto della luce.
Dopo qualche anno,un certo Charles Fritts di New York costruì  il primo pannello fotoelettrico stendendo un sottile strato di selenio su di una lastra di metallo che a sua volta copri’ con una sottile pellicola semitrasparente d’oro.
Charles Fritts,quindi,mandò i suoi pannelli a Werner von Siemens,famoso quanto Edison nel settore dell’elettricità,il quale fu così colpito dalla quantità di energia prodotta dai pannelli posti alla luce che presentò il pannello all’Accademia Reale di Prussia,dichiarando che i moduli ideati dall’americano dimostravano,per la prima volta,la conversione diretta dell’energia luminosa in energia elettrica.
Queta intuizione correlata alla scoperta degli elettroni e fotoni,consentì di arrivare alla comprensione della fotoelettricità.
Venne dimostrato,infatti,che,in materiali come il selenio,i fotoni più potenti trasportano energia sufficiente per espellere fuori dai propi orbitali atomici gli elettroni debolmente legati agli atomi stessi.
Pertanto,quando i materiali si collegano a daterminati fili,tali elettroni possono fluire sotto forma di corrente elettrica.
Questo fenomeno era stato definito fotoelettrico dagli sperimentatori dell’ottocento mentre negli anni Venti gli scienziati lo definirono come effetto fotovoltaico.

IL FOTOVOLTAICO: DAL SOLE ALL’ENERGIA ELETTRICA

La tecnologia del fotovoltaico nasce alla fine degli anni ’50 nell’ambito dei programmi
spaziali,diffondendosi successivamente,in modo molto più rapido,anche nelle applicazioni terrestri come,ad esempio,nell’alimentazione energetica di utenze isolate o negli impianti installati sugli edifici e collegati ad una rete elettrica preesistente.
Il funzionamento dei sistemi fotovoltaici dipende dalla capacità di alcuni materiali semiconduttori,opportunamente trattati,in grado di convertire l’energia della radiazione solare in energia elettrica in corrente continua senza bisogno di parti meccaniche in movimento.
Il materiale semiconduttore,quasi universalmente impiegato per tali finalità,è il silicio.
I pannelli fotovoltaici convertono la luce solare direttamente in energia elettrica.
Questi pannelli sfruttano l’effetto fotoelettrico ed hanno un’efficienza di conversione che arriva fino al 32,5% nelle celle da laboratorio.
In pratica,una volta ottenuti i moduli dalle celle ed i pannelli dai moduli e una volta montati direttamente in sede,l’efficienza media è di circa il 15%. Questi pannelli non avendo parti mobili o altro necessitano di pochissima manutenzione.
La durata operativa stimata dei pannelli fotovoltaici è di circa 30 anni.

Effetto fotovoltaico:conversione dell’energia solare in elettricità

L’effetto fotovoltaico consiste nella conversione diretta dell’energia solare in elettricità attraverso un processo reso possibile dalle proprietà fisiche di particolari elementi definiti semiconduttori.
Il semiconduttore è una sostanza elementare o composta,inorganica o organica,cristallina,la cui resistività è intermedia tra quella dei metalli e quella degli isolanti.
Questa resistività o resistenza elettrica del materiale diminuisce con l’aumentare della temperatura e varia,progressivamente,con il variare della tensione della corrente che l’attraversa.
il più noto semiconduttore,largamente utilizzato,è il silicio cristallino,che rappresenta di gran lunga il materiale più utilizzato per fabbricare le celle fotovoltaiche.
Il silicio possiede un atomo composto da 14 elettroni,di cui 4 sono disponibili a legarsi in coppia con elettroni di altri atomi,che,pertanto, si definiscono elettroni di valenza.
Nella condizione di stato non eccitato,il silicio non è un conduttore perché i suoi 4 elettroni esterni sono rinchiusi nella banda di valenza secondo la quoale non possono condurre elettricità.
Quando si fornisce a questi elettroni una certa quantità di energia,questi abbandoneranno la banda di valenza per passare a quella di conduzione che permette all’elettrone di muoversi lasciando la cosidetta lacuna,contribuendo quindi,in presenza di un campo elettrico,alla generazione di un flusso di elettricità.
Quando si riesce ad ottenere questa situazione,si crea una coppia di cariche elettriche di segno opposto in cui una di segno negativo rappresentata dall’elettrone in questione e l’altra di segno positivo rappresentata dal vuoto lasciato dall’elettrone negativo detta lacuna che viene occupata da un altro lettrone vicino creando a sua volta una lacuna.
In condizioni normali questo movimento di cariche di segno opposto viene ostacolato da continui fenomeni di ricombinazione tra gli stessi elettroni e lacune producendo unicamente calore.
In questo modo la corrente elettrica generata è di entità trascurabile.
Per evitare nei cristalli di silicio la ricombinazione degli elettroni,è necessaria la presenza,all’interno del cristallo,di un campo elettrico in grado di dare una orientazione preferenziale al movimento degli elettroni stessi.
Affinchè avvengano questi specifici movimenti,è necessario che si verichi una differenza di potenziale,in grado di consentire alle cariche di spostarsi generando quindi la corrente elettrica,che si ottiene all’interno della cella mediante la sovrapposizione di due strati di silicio in cui vengono introdotte precedentemente piccole quantità di impurità in grado di modificare le proprietà elettriche del semiconduttore mediante un’operazione definita drogaggio.
L’elemento alla base dei dispositivi fotovoltaici è rapprsentato dalla cella che generalmente è una porzione piana di materiale semiconduttore di spessore ridotto a cui vengono applicati dei contatti elettrici.
Tale materiale,se viene esposto alla luce del sole,è appunto in grado di produrre energia elettrica in corrente continua.
Pertanto,in linea del tutto generale,si avrà uno strato a carica negativa che si indica con la lettera n ed uno positivo che si indica con la lettera p.
La zona di separazione viene definita giunzione p-n.
Sovrapponendo i due strati si attiva un flusso elettronico dalla zona n alla zona p e viceversa.
Nella pratica,tuttavia,non avviene una reale sovrapposizione di strati differenti,poiché lo strato è unico,ma con il drogaggio,fatto in forni a temperature elevate,in cui vengono fatti penetrare gli additivi a diverse profondità,si ottiene un’unica cella suddivisa in due livelli con diverse configurazioni elettroniche.

Realizzazione e funzionamento della cella fotovoltaica

La cella fotovoltaica presenta prestazioni influenzate dal materiale di cui è composta,dalla sua struttura molecolare e dalla sua configurazione elettronica.
Il materiale generalmente utilizzato per la realizzazione delle celle fotovoltaiche è il silicio cristallino,uno degli elementi più diffusi della Terra,scelto adeguatamente per le sue migliori prestazioni di rapporto qualità/prezzo.
Il silicio cristallino per essere sfruttato deve avere,infatti,un’opportuna configurazione molecolare che può essere monocristallina nel caso gli atomi sono orientati nello stesso verso e legati uniformemente tra di loro,policristallina quando gli atomi sono legati in piccoli grani monocristallini orientati in modo casuale ed infine amorfa nel caso in cui gli atomi sono orientati in modo casuale.
Inoltre il silicio cristallino deve possedere un elevato grado di purezza,che rappresenta una specifica caratteristica non presente nell’elemento allo stato grezzo.

A seconda del grado di purezza del materiale,si distinguono diversi tipi di silicio come,ad esmpio,il silicio metallurgico,il silicio di grado solare ed il silicio di grado elettronico con percentuali di impurità decrescenti.
Per l’impiego del silicio cristallino,la prima qualità (silicio matallurgico) è insufficiente,la seconda (silicio di grado solare) è idonea,mentre la terza (silicio di grado elettronico) è chiaramente utilizzabile ma troppo costosa.
Un altro componente utilizzato per la costruzione delle celle fotovoltaiche è il silicio amorfo che differisce dal silicio cristallino per le caratteristiche strutturali e per le proprietà elettroniche.

Soltanto alla fine degli anni Settanta si scoprì che incorporando atomi di idrogeno nel silicio amorfo ne veniva migliorata notevolmente la qualità ai fini della conversione fotovoltaica,poiché l’idrogeno era in grado di terminare gran parte dei legami covalenti non saturati.
Tali legami funzionano da trappole che catturano gli elettroni o le lacune nel materiale sottraendoli così alla conduzione ed accelerando la loro ricombinazione.

Riducendo i difetti,il materiale diventa più sensibile all’illuminazione e permette che il drogaggio sia più efficace e che il tempo di ricombimazione delle coppie elettrone-lacune,generate dall’effetto dei fotoni,sia sufficentemente lungo.
Tuttavia il fattore critico di questa tecnologia è rappresentato dalla sua instabilità alla radiazione luminosa prolungata che porta l’efficienza di conversione a diminuire con il passare del tempo,del 20-30% nei primi mesi di esposizione finchè non si stabilizza.
L’elevato coefficiente di assorbimento della radiazione solare,il consumo molto limitato di materiale e la relativa economicità dei rpocessi produttivi fanno del silicio amorfo un materiale particolarmente adatto alla realizzazione di celle fotovoltaiche a film sottile.

Film sottili

Con questo sistema si punta alla realizzazione di celle fotovoltaiche costituite da pellicole sottilissime,attraverso materiali molto promettenti dal punto di vista economico per la realizzazione delle celle fotovoltasiche che,tuttavia,presentano lo svantaggio di non poter avere altra applicazione.
Particolarmente interessanti sono stati i risultati ottenuti con il diseleniuro di indio e rame con un’efficienza del 14% ed il telleriuro di cadmio con un’efficienza del 12%.
Altri film sottili,oggetto di ricerca,sono gli strati di arsenico di gallio e arsenico di gallio e alluminio depositati su film di grafite.

Cella a giunzione multipla

Tale sistema rappresenta una evoluzione della cella a film sottile in grado di sfruttare più estesamente lo spettro solare.
Come già detto in precedenza la cella fotovoltaica è in grado di convertire solo quella radiazione luminosa avente energia al di sopra diun certo livello di soglia detto energy gap,una caratteristica che dipende dal semiconduttore utilizzato.
Il parametro EG è uno dei più importanti elementi per classificare i materiali che possono essere utilizzati in campo fotovoltaico,poiché determina il valore massimo dell’efficienza di conversione.
Infatti la corrente generata dalla cella aumenta al diminuire del parametro EG mentre la tensione di lavoro cresce.
Le celle a giunzione multipla sono realizzate mediante la sovrapposizione di più film sottili in materiali diversi caratterizzati  pertanto da diversi valori di EG.
Le più diffuse tra le celle a giunzione multipla sono quelle denominate ”tandem”,perché sono realizzate sovrapponendo due celle a giunzione singola di cui quella con maggiore EG è posta sulla parte superiore e viene pertanto investita direttamente dalla luce del sole,mentre la seconda viene raggiunta dalla porzione di radiazione che non viene assorbita dalla prima.
Dal momento che le due celle sono collegate elettricamente,le loro energie di soglia vanno opportunamente scelte in modo che le correnti generate in ciascun dispositivo siano uguali.
Le efficienze di conversione ottenibili con questi dispositivi è stato calcolato teoricamente intorno al 30%.

Cella a concentrazione

Tale sistema è costituito da celle fotovoltaiche abbinate a concentratori luminosi.
Sono strutture molto soffisticate,realizzate usando arsenico di gallio monocristallino e,pertanto,molto costose.
Un certo risparmio si ottiene grazie al fatto che l’uso dei concentratori solari permette di sostituire buona parte dell’area destinata alla cella con un’area equivalente di lenti che concentrano la radiazione su di un dispositivo fotovoltaico di dimensioni più ridotte rispetto a quelli comuni.
Ottimi risultati si ottengono dalla combinazione del tandem con la concentrazione,avendo riscontrato efficienze di conversione pari a circa il 37%.

Per quanto riguarda il funzionamento della cella fotovoltaica,quando questa viene investita dalla radiazione solare diviene un generatore di corrente il cui comportamneto può essere descritto attraverso le curve di tensione-corrente che ci permettono di individuare il punto di esercizio della cella in relazione ai valori di tensione e di intensità della corrente prodotta.
La curva caratteristica,che illustra il comportamento della cella sia al buio che alla luce,di una specifica cella fotovoltaica,posta in particolare contesto,dipende da due variabili rappresentati dall’intensità della radiazione incidente su di essa e dalla temperatura della cella.
Il valore dell’irraggiamento influenza direttamente l’intensità della corrente di corto circuito della cella fotovoltaica in maniera direttamente proporzionale.

Infatti,in questo modo,al crescere dell’intensità dell’energia elettromagnetica incidente compresa nello spettro di conversione,si verifica parallelamente un aumento del flusso di elettroni da uno strato all’altro della cella stessa,anche se aumenta contemporaneamente anche  la temperatura della cella che ostacola il passaggio degli elettroni perché aumenta l’ampiezza e la frequenza di oscillazioni degli atomi,determinando in tale modo una diminuzione delle prestazioni della cella.
Esiste pertanto una relazione matematica,praticamente lineare,tra l’aumento della temperatura e la diminuzione della tensione che,ad esempio,per il silicio monocristallino è pari a 2,299 mV/°C.
La potenza massima estraibile dalla cella fotovoltaica in condizioni di illluminazione e temperatura predefinite è misurata in watt di picco ( Wp). A tale proposito è stata stabilita la convenzione di fissare internazionalmente alcune specifiche condizioni di riferimento standard.

Esse sono:

Questo ultimo dato esprime lo spessore dell’atmosfera,vale a dire della massa d’aria attraversata dai raggi solari ed è uguale al rapporto tra la lunghezza dell’effettivo percorso dei raggi solari nell’atmosfera ed il suo spessore minimo,cioè la lunghezza del percorso nel caso in cui il sole si trovi perfettamente allo zenit.
Il valore AM 1,5 è quello riscontrabile ad una latitudine di 45°.
L’insieme di questi tre parametri individua una particolare situazione comunemente identificata con la sigla STC,cioè standard test conditions,che consente di paragonare tra loro le prestazioni di diversi componenti indipendentemente dal sito in cui andranno ad operare.

IL MODULO FOTOVOLTAICO

La cella fotovoltaica costituisce il dispositivo principale e fondamentale per la conversione della radiazione solare.
Tuttavia è necessario assemblare assieme diverse unità di celle in modo da generare un pannello o modulo fotovoltaico che può essere usato per la produzione di elettricità adatta ai diversi scopi.
Nel modulo o pannello fotovoltaico le celle vengono messe in serie e/o parallelo allo scopo di ottenere la tensione di corrente adatta al tipo di utilizzo desiderato.

In questo modo,quindi,si avrà un’unica struttura resistente e maneggevole in grado di funzionare per tanti anni anche in presenza di condizioni climatiche ambientali critiche. I pannelli più diffusi hanno 36,64 o 72 celle e di conseguenza superfici comprese complessivamente tra 0,5 e 1,1  m2. Come per la cella fotovoltaica,uno dei parametri principali che qualificano le prestazioni complessive di un modulo è l’efficienza nominale ( misurata in STC ) di conversione della radiazione solare incidente,definita dalla specifica formula Nmod=Pmod/Istc x Amod,dove si ha:

Se Istc viene espresso in kW ed il suo valore viene considerato unitario,la formula sopra descritta può essere scritta in un altro modo:
Pmod = Nmod x A mod, in cui Pmod è la potenza nominale del modulo in STC ma è espressa in kWp.
Generalmente il valore dell’efficienza riferito al modulo è inferiore a quello riscontrabile nelle singole celle e, pertanto,nei moduli al silicio cristallino avremo efficienze attorno al 12-14% mentre per il silicio amorfo intorno al 6-10%.
Questa situazione è dovuta agli spazi vuoti presenti tra una cella e l’altra ed alla dipsersione nei collegamenti.
Un fattore importante da considerare nell’analisi del modulo al silicio cristallino è il legame esistente tra  Nmod  e la sua temperatura.

Infatti all’aumentare della temperatura si riduce la capacità di conversione della radiazione solare e quindi,esattamente come avviene per la cella,esso è influenzato dal suo livello termico di  -0,4%/°C.
L’efficienza nominale viene definita rispetto alle STC e quindi relativamente ad una temperatura alla giunzione delle celle di 25°C.
In questo modo,per ogni grado superiore a questo valore,l’efficienza diminuisce dello 0,4%.
naturalmente quanto detto in precedenza vale anche al contrario per cui ad ogni grado di temperatura inferiore a 25°C,l’efficienza aumenta dello 0,4%.

Per poter meglio prevedere le prestazioni del modulo fotovoltaico nelle normali condizioni operative è stato introdotto il parametro NOCT ( normal operating cell temperature ). Generalmente il valore NOCT,indicato direttamente dal costruttore, varia tra 42° e 46°C.
Anche le condizioni limite cui un pannello fotovoltaico può operare,sono specificate dal costruttore.
I costruttori,quindi,forniscono una serie di valori specifici. Alcuni di essi sono:

Un modulo fotovoltaico,detto comunemente sandwich,si compone di alcune parti fondamentali di seguito sinteticamente descritte.

Copertura esterna

Tale elemento è costituito da una lastra di vetro a basso tenore di ossido di ferro dotaqto di un elevato valore della trasmittanza  t nella banda del visibile e di una buona resistenza meccanica.
la sua presenza è essenziale poiché garantisce il buon funzionamento e la durata del modulo,impedisce che l’acqua piovana,il vapore e le particelle inquinanti penetrino nel modulo dannegginadolo o inibendo le sue prestazioni,ed infine garantisce la protezione rispetto a possibili urti dovuti alla caduta della grandine e di altri materiali.
Sigillante

E’ un foglio adesivo trasparente tramite il qualesi fissano le celle al vetro di copertura,ed è costituito generalmente,da uno strato di EVA o acetato viniletilenico che garantisce contemporaneamente un buon isolamento elettrico.

Celle e contatti

Tali elementi rappresentano l’insieme di celle collegate tra loro in serie e/o parallelo e dei contatti che le interconnettono.
Tale unione costituisce un generatore di corrente che può essere connesso in serie o in parallelo con altri elementi analoghi.
Lo spazio minimo tra le diverse celle deve essere all’incirca di 2 mm,per evitare che le celle arrivino a toccarsi a causa delle dilatazioni termiche o delle sollecitazioni meccaniche.
Per la distanza massima non ci sono limitazioni in quanto la stessa dipende dalla trasparenza che si vuole abbia il pannello.
I contatti sono realizzati con sottili nastri metallici elettrosaldati in cui i terminali vengono fatti uscire dal laminato attraverso un foro sulla faccia posteriore o dal bordo laterale.

Sigillante

E’ un materiale che viene posto sotto le celle ed è costituito da un altro foglio di EVA grazie al quale viene fissato alla chiusura posteriore.

Chiusura posteriore

In questa parte viene posizionata una lastra di chiusura che ha caratteristiche di tenuta simili a quella superiore.
Essendo la prestazione meccanica richiesta minore di quella richiesta per la faccia superiore,di conseguenza può essere utilizzato un rivestimento sintetico,piuttosto economico,come il Tedlar.
Il sandwich così ottenuto subisce successivamente un trattamento in forno detto laminazione,in cui,tramite un  riscaldamento a 150°C si realizza la sigillatura dei componenti.
L’EVA,in origine traslucido,diviene trasparente.
Inoltre   vengono eliminati,all’interno della stratificazione,l’aria e il vapore presenti tra gli interstizi,evitando possibili processi di corrosione.
Realizzato il laminato questo viene completato con l’aggiunta di una cornice e della scatola di giunzione.

Cornice

Tale elemento viene realizzato,generalmente,in alluminio estruso anodizzato con uno spessore variabile tra i 2 ed i 5 cm e viene applicata al pannello utilizzando del collante siliconico.
La struttura realizzata dovrà resistere all’esposizione prolungata alle intemperie,dovrà essere maneggevole e leggera,ma soprattutto dovrà evitare di causare ombreggiamenti sulle celle a causa di sporgenze eccessive.
Essendo l’elemento che funge da interfaccia tra il modulo ed il supporto su cui verrà installato,spesso è dotato di fori e di asole atti a permettere che il pannello possa essere imbullonato ed agganciato.

Cassetta di giunzione

Viene collocata sul lato posteriore ed il suo scopo principale è quello di proteggere le bandelle terminali che fuoriescono dal sandwich.
La sua funzione è garantire la tenuta stagna ma nel contempo il suo contenuto deve essere facilmente accessibile attraverso un coperchio dotato di viti e di unas guarnizione impermeabile. All’interno vi è una morsettiera che ha le due polarità ed all’interno le terminazioni elettriche del modulo possono essere collegate con l’esterno tramite passacavi o connettori stagni.
In questa parte,generalmente,sono presenti diodi di by-pass che hanno lo scopo di isolare il singolo modulo in caso di malfunzionamento in modo tale che non venga compromesso l’intero impianto.

TIPOLOGIE DI IMPIANTI FOTOVOLTAICI

Attualmente la maggior parte degli studi e delle ricerche nel settore si concentrano sulle nuove generazioni di celle fotovoltaiche dotate di una maggiore efficienza rispetto a quelle attuali o su celle fotovoltaiche dotate di un’efficienza simile a quelle attuali ma molto più economiche.
alcuni studi particolarmente ambiziosi puntano alla realizzazione di centrali solari orbitanti.
Queste centrali dovrebbero raccogliere i raggi solari direttamente nello spazio e trasmettere la potenza assorbita a Terra per mezzo di microonde o raggi laser.

Gli attuali progetti di costruzione prevedono l’installazione di queste centrali non prima dell’anno 2040.
Come già detto in precedenza,il sistema fotovoltaico viene inteso come un complesso di elementi che consentono la conversione in elettricità della radiazione solare.

Pertanto,oltre ai pannelli solari,rientrano nel sistema fotovoltaico anche le apparecchiature di regolazione,controllo,stoccaggio dell’energia prodotta,i terminali,i cablaggi e le strutture di sostegno.
Il parametro principale che qualifica un impianto solare è rappresentato dalla sua potenza nominale,o potenza di picco,che è intesa come la potenza che il sistema sarebbe in grado di generare nelle condizioni standard di riferimento,cioè in STC,così come abbiamo detto dettagliatamente per il singolo modulo.

La potenza nominale dell’impianto è data dalla somma delle potenze dei moduli che la compongono.
La configurazione di un sistema fotovoltaico varia a seconda delle diverse condizioni di applicazione ed utilizzo anche,tuttavia,schematizzando al massimo,si può ricondurre ad un generatore o campo fotovoltaico che produce energia elettrica in corrente continua e la convoglia verso il carico,cioè un’utenza in corrente continua o alternata,da una batteria o dalla rete pubblica.
Dal punto di vista tecnico,quindi,le principali componenti di un impianto fotovoltaico sono:

La sua flessibilità applicativa gli permette di essere utilizzato sia per l’alimentazione di piccoli apparecchi come i lampioni,orologi stradali,sia per installazioni della potenza di alcuni chilowatt come,ad esempio,nelle applicazioni dell’edilizia,oppure per grandi centrali che possono raggiungere alcuni megawatt di potenza.
Pertanto i sistemi fotovoltaici si possono suddividere in base alla loro configurazione elettrica.
Tra questi i sistemi autonomi (stand-alone ) vengono utilizzati per elettrificare le utenze difficilmente collegabili alla rete perché localizzate in aree poco accessibili e per quelle con bassi consumi di energia che non rendono conveniente il costo dell’allacciamento di tipo tradizionale.
Le componenti tecniche principali di un sistema fotovoltaico autonomo sono i moduli fotovoltaici,il sistema di accumulo,cioè le batterie,ed il regolatore di carica. Oltre a precedenti sistemi troviamo i sistemi fotovoltaici connessi alla rete elettrica (grid connectd ) che possono scambiare energia elettrica con la rete locale o nazionale.

Il principo della connessione alla rete è quello dello scambio in due direzioni di energia elettrica.
Quando la produzione del campo fotovoltaico eccede per un certo periodo il consumo,questa eccedenza viene inviata direttamente alla rete.
Questo meccanismo è reso possibile dalla presenza di due contatori che contabilizzano l’energia scambiata nelle due direzioni e lo scambio dell’ energia è alla pari con il conguaglio fatto su base annua.

Se il saldo è positivo viene riportato a credito per la compensazione negli anni sucessivi mentre se è negativo, alla differenza tra l’energia elettrica prelevata e l’energia elettrica consegnata, si applica il trattamento ed il corrispettivo previsto dal contratto dell’utente.
I sistemi connessi alla rete,contrariamente ai sistemi isolati che hanno delle limitazioni principalmente dovute ai processi di carica e scarica delle batterie,i costi e l’utilizzo di spazi appositi,sono presenti dove la rete elettrica esiste evitando l’accumulo.
I sistemi connessi alla rete non necessitano di batterie di accumulo poichè l’energia prodotta dai pannelli fotovoltaici dopo essere stata convertita da continua in alternata tramite un inverter, o viene consumata dall’utente o viene immessa nella rete,mentre un doppio contatore registra il rapporto tra l’energia ceduta alla rete e quella prelevata.