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Le fonti di energia solare sono un insieme di tecnologie che convertono l’energia solare in energia elettrica o termica.

Cosa sono pannelli solari?

Per generare calore ed elettricità dalla radiazione solare, vengono utilizzate apparecchiature speciali note come pannelli solari. Secondo il principio del lavoro, si dividono in: fotovoltaici e collettori termici.

Nella prima tipologia, fotovoltaico, luce e raggi infrarossi vengono immediatamente convertiti in energia elettrica. Ciò è possibile grazie alle proprietà semiconduttrici del silicio e di alcuni composti chimici. Quando la luce colpisce una cella del pannello solare, si genera una differenza di potenziale e, grazie alle giunzione p-n si crea una corrente elettrica. Le singole celle collegate in serie consentono di aumentare la tensione di uscita. Pertanto, sono chiamati pannelli solari, cioè composti da un numero di elementi identici.

I collettori solari hanno, invece, un vettore di calore liquido che assorbe la radiazione infrarossa, si riscalda, si espande e circola in un sistema chiuso. Possono utilizzare: acqua, oli minerali, soluzioni saline.

Il liquido di raffreddamento riscalda l’acqua per il riscaldamento e le esigenze domestiche o industriali, oppure fa girare le pale di turbine che generano elettricità.

Tipi di pannelli solari e loro applicazione

Una tipologia molto comune e popolare di pannelli solari è rappresentata dai pannelli solari realizzati in silicio monocristallino.

Sono ottenuti colando cristalli di silicio di elevata purezza, in cui la massa fusa solidifica al contatto con il seme di cristallo. Nel processo di raffreddamento il silicio solidifica gradualmente sotto forma di colata cilindrica di un monocristallo di 13-20 cm di diametro, la cui lunghezza raggiunge i 200 cm Il lingotto così ottenuto viene tagliato in foglie di 250-300 micron di spessore. Tali elementi hanno un’efficienza maggiore rispetto agli elementi prodotti con altri metodi, l’efficienza può raggiungere fino al 19%, grazie allo speciale orientamento degli atomi del monocristallo, che contribuisce alla crescita della mobilità degli elettroni. Il silicio è percorso da una griglia di elettrodi metallici. Tradizionalmente, i moduli monocristallini sono inseriti in un telaio in alluminio e rivestiti con vetro antiurto. Il colore delle fotocellule monocristallo è blu scuro o nero.

I pannelli solari sono affidabili, durevoli (durata fino a 50 anni) e facili da installare, poiché non contengono parti mobili. I pannelli solari possono essere utilizzati dove l’alimentazione convenzionale non funziona bene e ci sono molte giornate di sole.

I pannelli solari realizzati con celle fotovoltaiche monocristalline sono più efficienti, ma anche più costosi per watt. La loro efficienza è generalmente compresa tra il 14 e il 19%.

Tipicamente, gli elementi monocristallini hanno la forma di poligoni, che difficilmente possono riempire l’intera area del pannello senza lasciare zone non efficienti. Di conseguenza, la potenza specifica del modulo  solare è leggermente inferiore alla potenza specifica della sua singola cella.

Celle solari in silicio policristallino

Un’alternativa al silicio monocristallino è il silicio policristallino. Ha un costo inferiore. I cristalli al suo interno sono ancora aggregati, ma hanno una forma e un orientamento diversi. Questo materiale, rispetto ai singoli cristalli più scuri, ha un colore blu brillante. Il miglioramento del processo produttivo di elementi di questo tipo oggi consente di ottenere componenti le cui caratteristiche sono solo leggermente inferiori nelle prestazioni elettriche a un cristallo singolo.

I pannelli solari a film sottile

Le tecnologie a film sottile consentono di realizzare un pannello più economico in termini di costo di produzione. Questa circostanza rende i pannelli di pellicola più attraenti per la costruzione di grandi impianti per generare elettricità dalla luce solare, quando non ci sono limiti progettuali dovuti alla scarsità di superficie a disposizione, sebbene il costo dei pannelli a film sottile sia basso, occupano un’area molto più ampia (2,5 volte) rispetto ai pannelli mono e policristallini a causa della minore efficienza. L’installazione è possibile non solo a terra o sul tetto, ma anche sulle superfici laterali degli edifici.

I pannelli a film sottile funzionano piuttosto bene anche con radiazione solare diffusa, per cui la potenza totale generata all’anno può essere maggiore rispetto ai tradizionali pannelli solari cristallini. Il film sottile è un modo molto più conveniente per generare energia e può superare i monocristallini in climi nebbiosi e nuvolosi o in settori in cui l’aria è polverosa o ricca di altre particelle.

I pannelli a film sottile posso essere realizzati con silicio amorfo oppure con tellururo di cadmio (CdTe).

Pannelli solari basati su CIGS

CIGS è un semiconduttore composto da rame, indio, gallio e selenio. Anche questo tipo di celle solari è realizzato utilizzando la tecnologia a film sottile, ma rispetto ai pannelli al tellururo di cadmio ha un’efficienza maggiore, la sua efficienza raggiunge il 15%.

I potenziali acquirenti di pannelli solari spesso si chiedono se l’uno o l’altro tipo di moduli fotovoltaici saranno in grado di fornire la potenza necessaria. Qui dobbiamo capire che l’efficienza dei pannelli solari non influisce direttamente sulla quantità di energia generata dall’installazione.

La stessa potenza dell’intero impianto può essere ottenuta utilizzando qualsiasi tipo di pannello solare, tuttavia, moduli fotovoltaici più efficienti occuperanno meno spazio e richiederanno un’area più piccola per ospitarli. Ad esempio, se occorrono circa 8 mq per produrre un kW di potenza usando silicio monocristallino, serviranno invece circa 20mq utilizzando pannelli di silicio amorfo.