Come funziona una cella fotovoltaica

Come funziona una cella fotovoltaica

Le celle solari fotovoltaiche sono sottili dischi di silicio che convertono la luce solare in elettricità. Questi dischi fungono da fonti di energia per un’ampia varietà di usi, tra cui: calcolatrici e altri piccoli dispositivi; telecomunicazioni; pannelli del tetto su singole case; possono essere usate inoltre per illuminazione, refrigerazione medica per villaggi nei paesi in via di sviluppo. Le celle solari sotto forma di grandi matrici vengono utilizzate per alimentare i satelliti e, in casi rari, per fornire elettricità alle centrali elettriche.

Già nel 1905 si era arrivati a scoprire il funzionamento del fotovoltaico, ma è nel 1954 che viene prodotta la prima cella fotovoltaica con rendimento del 4% . Nel corso degli anni il perfezionamento ha portato ad ottenere un rendimento attuale del 15-20%.

Come detto il componente di base di una cella solare è il silicio puro, che non è puro nel suo stato naturale.

Per fabbricare le celle solari, le materie prime (biossido di silicio o ghiaia di quarzite o quarzo frantumato) vengono prima collocate in un forno elettrico ad arco, dove viene applicato un arco di carbonio per rilasciare l’ossigeno. I prodotti sono anidride carbonica e silicio fuso. A questo punto, il silicio non è ancora abbastanza puro da essere usato per le celle solari e richiede un’ulteriore purificazione.

Il silicio puro deriva da tali diossidi di silicio come la ghiaia di quarzite (la silice più pura) o il quarzo frantumato. Il silicio puro risultante viene quindi drogato (trattato con) con fosforo e boro per produrre un eccesso di elettroni e una deficienza di elettroni rispettivamente per realizzare un semiconduttore capace di condurre elettricità. I dischi di silicio sono lucidi e richiedono un rivestimento antiriflesso, solitamente biossido di titanio .

Il modulo fotovoltaico completo è costituito dal semiconduttore di silicio circondato da materiale protettivo in una struttura metallica. Le parti elettroniche sono standard e consistono principalmente in rame. Il telaio è in acciaio o in alluminio.

I contatti elettrici collegano ciascuna cella solare a un’altra . I contatti devono essere molto sottili (almeno nella parte anteriore) in modo da non bloccare la luce solare verso la cella.

Poiché il silicio puro è lucido, può riflettere fino al 35 percento della luce solare. Per ridurre la quantità di luce solare persa, viene applicato un rivestimento antiriflesso sul wafer di silicio. I rivestimenti più comunemente usati sono il biossido di titanio e l’ossido di silicio, sebbene altri vengano utilizzati.

Il materiale utilizzato per il rivestimento è riscaldato fino a quando le sue molecole si riflettono e viaggiano verso il silicio e si condensano, oppure il materiale subisce lo sputtering. In questo processo, un’alta tensione colpisce le molecole dal materiale e le deposita sul silicio all’elettrodo opposto. Ancora un altro metodo è quello di consentire al silicio stesso di reagire con gas contenenti ossigeno o azoto per formare biossido di silicio o nitruro di silicio. I produttori di celle solari commerciali utilizzano il nitruro di silicio.

Le celle sono poi incapsulate in etilene vinil acetato e poste in una struttura metallica che ha un foglio posteriore in mylar e una copertura di vetro.

Se volete conoscere la produzione di Energia di un impianto potete leggere l’articolo pubblicato ieri: Quanto produce un impianto fotovoltaico in Italia.

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