Impianto fotovoltaico: come è composto e tipologie

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Un impianto fotovoltaico è costituito da uno o più pannelli fotovoltaici. Ogni pannello è costituito da uno svariato numero di piccole celle in materiale semiconduttore. Quest’ultimo è quello che permette di catturare l’energia solare e di trasformarla poi in energia elettrica. Di solito si utilizza il silicio, ma di recente si sta sperimentando anche una lega costituita in parte da cadmio e in parte da tellurio, che sembrano elevare il livello di resa. Il silicio è presente in natura, ma per la costruzione del pannello fotovoltaico deve essere purificato, il processo di purificazione è piuttosto costoso. In base poi a come vengono trattate poi le barrette di silicio puro, si hanno diverse tipologie di celle fotovoltaiche.

Celle fotovoltaiche

Ognuna di queste celle può produrre all’incirca 1,5 Watt di potenza, quando si trova in condizioni standard. Per standard si intende una temperatura di 25°C, con una potenza di radiazione pari a 1000 W/ m². La potenza standard che fuoriesce da un impianto fotovoltaico è chiamata potenza di picco (sigla Wp) ed è il valore che viene usato come riferimento per quel apparecchio fotovoltaico. È chiaro che nella realtà l’output elettrico è comunque minore del valore di picco, per valori più bassi di radiazioni e temperature invece maggiori.

La cella fotovoltaica funziona per irradiamento. Il sole emette in modo continuo una potenza intensa, pari a 175 miliardi di megawatt, dei quali 1350 W/ m² raggiungono l’atmosfera della terra. A causa della dispersione la superficie è interessata a 1000 W/ m² circa. Questo valore è approssimativo, medio e si riferisce a una giornata con il cielo perfettamente sereno. Gli impianti fotovoltaici comunque non riescono a convertire tutte l’energia dell’irradiamento in elettricità, ma arrivano al massimo al 16% per un metro quadrato, quindi 160 Wp.

Le tipologie di celle solari

Più celle assemblate e collegate tra di loro in una unica struttura formano un impianto fotovoltaico. Le celle solari, in base al singolo processo produttivo, possono essere distinte in differenti tipologie. In particolare:

  • Celle monocristalline: si producono tagliando dischetti dalla barra purissima monocristallina di silicio. Queste celle sono molto redditizie (arrivano sino al 16%), ma sono piuttosto costose perché richiedono un processo produttivo particolare e complesso. Le celle di questo tipo appaiono di colore blu omogeneo.
  • Celle policristalline o multi cristalline: in questo caso si colano in blocchi e si tagliano a dischetti le barre di silicio. Il rendimento non supera il 12%, ma il prezzo è inferiore. Questo tipo di celle si riconosce da un disegno chiaro, dato dai cristalli contenuti.
  • Celle amorfe: queste si producono con spruzza mento catodico delle particelle di silicio su una piastra di vetro. Questa cella arriva al massimo ad una resa dell’8%, ma si può adattare anche all’irradiamento diffuso, cioè se il cielo è coperto per esempio. Queste celle si distinguono dalle altre per il colore molto scuro e hanno il vantaggio che si possono realizzare in qualunque forma geometrica, anche convesse.

Differenti tipologie di impianti fotovoltaici

Vi sono essenzialmente tre tipologie di impianto fotovoltaico, in base al tipo di funzionamento che hanno: alimentazione diretta, funzionamento isolato e funzionamento con l’immissione nella rete.

L’alimentazione diretta prevede che il dispositivo vada ad alimentare un apparecchio preciso al quale viene collegato direttamente. Lo svantaggio è che in questo tipo di impianto se il sole non c’è e di notte il dispositivo non riceve corrente elettrica. Di solito questa tipologia viene usata per utenze piccole come radio, calcolatrici tascabili, giocattoli, piccole pompe. Le componenti sono le medesime dell’impianto isolato, salvo ovviamente non avere un accumulatore di energia. In questi casi può essere vi sia collegato un generatore a diesel.

Funzionamento a isola

Il funzionamento a isola prevede che l’ impianto fotovoltaico alimenti anche più apparecchi elettrici. L’energia viene erogata dal pannello in modo continuo e quando non viene spesa, si accumula in accumulatori di energia, che iniziano a rilasciare energia quando aumenta la richiesta o quando il sole non c’è. Questa tipologia di impianto viene usato nelle zone che non sono raggiunte dalla rete elettrica.

Questo tipo di impianti sono costituiti da:

  • un campo fotovoltaico per trasformare l’energia del sole in elettrica. Di solito si tratta di più pannelli collegati per ricavare maggiore potenza.
  • Un regolatore di carica, cioè un apparecchio per la regolazione della ricarica e della scarica di energia negli accumulatori. Ha la funzione importante di interrompere la ricarica quando questo è pieno.
  • Accumulatore, per immagazzinare l’energia, quindi in sostanza la batteria dell’impianto. Questi strumenti permettono di fornire energia quando i pannelli non ne producono più per mancanza di irradiamento.
  • Inverter, un apparecchio che ha la funzione di trasformare la corrente in alternata convenzionale a 230 Volt prima di distribuirla alla casa. Questo serve solo se non c’è necessità di corrente di tipo continuo.
  • Utenze, cioè apparecchi che utilizzino l’energia.

Impianti a immissione in rete

In caso di funzionamento a immissione in rete, il pannello alimenta il fabbisogno di un’utenza. Se questa è troppa oppure non è utilizzata, la stessa viene immessa nella rete pubblica, come fosse quindi una piccola centrale elettrica. Questi impianti funzionano in uffici, case, industrie, edifici pubblici raggiunti da elettricità. A differenza delle altre tipologie questi impianti fotovoltaici si possono realizzare in forma ridotta (cioè con una potenza di Watt minima) fino a comprendere anche grandi impianti (che producono molti megawatt). Un impianto di questo tipo è composto da:

  • Campo fotovoltaico: che serve per trasformare l’energia del sole in elettrica. Al fine di estrarre più energia si connettono diversi pannelli solari.
  • Invertitore: un apparecchio che trasforma la corrente dell’ impianto fotovoltaico in corrente alternata classica da 230 Volt di tensione (è questo lo standard in Italia). È una componente necessaria per il funzionamento delle utenze collegate all’impianto e per alimentare la rete.
  • Quadro elettrico: dove avviene di fatto la distribuzione dell’energia. In caso i consumi siano elevati o se manca l’energia elettrica, questo la preleva dalla rete pubblica. Al contrario, quella in eccesso viene rimessa in rete. Grazie al quadro elettrico, dotato di contatore, si può conoscere la quantità di energia che l’impianto fornisce alla rete.
  • Rete: si tratta della rete a cui l’ impianto fotovoltaico deve essere allacciato.
  • Utenze: apparecchi alimentati dalla corrente prodotta dall’impianto.

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