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Il principio di funzionamento: la cella fotovoltaica
Le celle fotovoltaiche consentono di trasformare direttamente la radiazione solare in energia elettrica, sfruttando i cosiddetto "effetto fotovoltaico" che si basa sulla proprietà di alcuni materiali conduttori opportunamente trattati (tra i quali il silicio, elemento molto diffuso in natura), di generare direttamente energia elettrica quando vengono colpiti dalla radiazione solare. Una cella fotovoltaica esposta alla radiazione solare si comporta come un generatore di corrente con una curva caratteristica tensione/corrente che dipende fondamentalmente dalla intensità della radiazione solare, dalla temperatura e dalla superficie.
Essa è generalmente di forma quadrata con superficie di circa a 100 cm2, si comporta come una minuscola batteria, producendo, nelle condizioni di soleggiamento tipiche italiane, una corrente di 3 A (Ampère) con una tensione di 0.5 V (Volt), quindi una potenza di 1.5 W (Watt).
Dalla cella fotovoltaica al sistema
La singola cella solare, di dimensioni intorno ai 10 x 10 cm, costituisce il dispositivo elementare alla base di ogni sistema fotovoltaico.
Un modulo fotovoltaico è costituito da un insieme di celle solari collegate tra loro in modo da fornire una potenza elettrica (per modulo) mediamente compresa tra i 50 e i 100 W.
Per aumentare la potenza elettrica è necessario collegare più moduli: più moduli formano un pannello e, analogamente, più pannelli formano una stringa.
I moduli fotovoltaici convertono l’energia luminosa in energia elettrica a corrente continua in "tempo reale", cioè la produzione di energia elettrica è contemporanea alla captazione dell’energia solare.
Per questi ed altro motivi, in un impianto fotovoltaico, oltre al generatore fotovoltaico sono necessari anche altri componenti che costituiscono l’impianto fotovoltaico.
Le tipologie impiantistiche
L’impianto fotovoltaico è l’insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che captano l’energia solare, la trasformano in energia elettrica, sino a renderla disponibile all’utilizzazione da parte dell’utenza.
Le tipologie impiantistiche sono essenzialmente due:
- impianti isolati (stand alone);
- impianti connessi ad una rete elettrica di distribuzione (grid –connected).
Impianti isolati (stand-alone)
In questi impianti l’energia generata alimenta direttamente il carico elettrico. Quella in eccesso viene accumulata nelle batterie che la rendono disponibile nei periodi in cui il generatore fotovoltaico non è in nelle condizioni di fornirla. Questi impianti rappresentano la soluzione più idonea a soddisfare utenze isolate che possono essere convenientemente equipaggiate con apparecchi utilizzatori che funzionano in corrente continua.
Un semplice impianto fotovoltaico isolato è composto dai seguenti elementi:
1. Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica. Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
2. Regolatore di carica: é un apparecchio elettronico che regola la ricarica e la scarica degli accumulatori. Uno dei suoi compiti é di interrompere la ricarica ad accumulatore pieno.
3. Accumulatori: sono i magazzini di energia di un impianto fotovoltaico. Essi forniscono l'energia elettrica quando i moduli non sono in grado di produrne, per mancanza di irraggiamento solare.
4. Inverter (o convertitore): trasforma la corrente continua proveniente dai moduli e/o dagli accumulatori in corrente alternata convenzionale a 220V. Se l'apparecchio da alimentare necessita di corrente continua si può fare a meno di questo componente.
5. Utenze: apparecchi alimentati dall’impianto fotovoltaico.
Spesso vengono impiegati anche degli impianti composti. Per esempio impianti fotovoltaici in combinazione con gruppi elettrogeni a motore Diesel. In questo caso l’impianto fotovoltaico fornisce la potenza base utilizzata di solito. Per consumi elevati di breve durata (o in caso si emergenza) viene inserito il gruppo elettrogeno.
Impianti connessi con una rete elettrica
In questi impianti l’energia viene convertita direttamente in corrente elettrica
alternata che può alimentare le normali utenze oppure essere immessa nella rete, con la quale lavora in regime di interscambio. In quest’ultimo caso presso l’utente sono installati due contatori: uno che contabilizza l’energia elettrica fornita dall’impianto fotovoltaico alla rete ed uno che contabilizza l’energia elettrica che l’utente preleva dalla rete. Nell’ipotesi in cui le due tariffe coincidano, l’utente paga all’ente erogatore dell’energia elettrica solo la differenza tra l’energia consumata, prelevata dalla rete, e quella fornita alla rete.
Un impianto fotovoltaico a immissione in rete é principalmente composto dai seguenti componenti:
1. Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica. Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle.
2. Inverter: trasforma la corrente continua proveniente dai moduli in corrente alternata convenzionale a 220V di tensione. Questo adattatore é assolutamente necessario per il corretto funzionamento delle utenze collegate e per l'alimentazione della rete.
3. Quadro elettrico: in esso avviene la distribuzione dell'energia. In caso di consumi elevati o in assenza di alimentazione da parte dei moduli fotovoltaici la corrente viene prelevata dalla rete pubblica. In caso contrario l’energia fotovoltaica eccedente viene di nuovo immessa in rete. Inoltre esso misura la quantità di energia fornita dall'impianto fotovoltaico alla rete.
4. Rete: allacciamento alla rete pubblica dell'azienda elettrica.
5. Utenze: apparecchi alimentati dall'impianto fotovoltaico.
