Pannelli solari: prezzo, specifiche, cosa sapere sull'energia solare

yangna/iStock

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Mentre il mondo si sforza di ridurre la propria dipendenza dai combustibili fossili e di spostarsi verso forme di energia più sostenibili, l’energia solare è qualcosa a cui tutti vogliono attingere. Essendo una fonte di energia perenne, la luce solare è disponibile nella maggior parte del mondo per periodi di tempo significativi durante la giornata.

Per raccogliere questa energia, però, sono necessarie attrezzature specializzate e i pannelli solari sono il metodo più comunemente utilizzato. Se non sai come funzionano, di cosa sono fatti o quanta energia possono generare, ecco una guida di base per iniziare.

I pannelli solari sono dispositivi che convertono la luce in elettricità. Sono chiamati pannelli solari perché, nella maggior parte dei casi, la luce del Sole, o Sole come piace chiamarlo agli astronomi, è la forma di luce più abbondante e anche facilmente accessibile.

Un pannello solare è costituito da un particolare strato di celle di silicio, un telaio metallico in un involucro di vetro avvolto da una pellicola speciale e connessioni che collegano i componenti tra loro, formando un array. Le unità più piccole all'interno di un pannello sono chiamate celle solari o fotovoltaiche, ciascuna in grado di convertire la luce in elettricità.

Se disposte su un pannello, le celle solari possono raccogliere più luce incidente nell’area e convertirla in elettricità. Questo è il motivo per cui spesso si vedono veicoli spaziali dotati di grandi pannelli solari progettati per soddisfare il fabbisogno di energia elettrica del veicolo spaziale.

I pannelli solari potrebbero essere comuni oggi, ma la loro storia può essere fatta risalire a più di 100 anni fa. Prima di ciò, si accedeva all’energia del Sole per riscaldare l’acqua e trasformarla in vapore per azionare i macchinari.

Tuttavia, lo scienziato francese Edmund Becquerel osservò l'effetto fotovoltaico (la generazione di tensione e corrente elettrica in un materiale esposto alla luce). Attraverso esperimenti con celle elettrolitiche, stabilì che l'elettricità che scorre tra due elettrodi di platino rivestiti di cloruro o bromuro d'argento è leggermente più forte alla luce del giorno che al buio. Alla giovane età di 19 anni creò la prima cella fotovoltaica in grado di convertire la luce in elettricità.

Nel 1883, Charles Fritts creò la prima cella solare utilizzando il selenio semiconduttore, rivestendolo con uno strato estremamente sottile d'oro. Il pannello di Fritts è stato installato anche su un tetto a New York, ma il suo costo elevato e l'efficienza di conversione energetica dell'1% lo hanno reso inutilizzabile a lungo termine.

Russell Ohl brevettò per primo le celle solari realizzate con silicio e il primo pannello solare che utilizzava celle di silicio fu creato nel 1954. Questi pannelli erano destinati principalmente a produrre energia per i veicoli spaziali, ma negli anni '70 trovarono la loro applicazione anche nelle calcolatrici.

Un pannello solare è costituito da una vasta gamma di celle solari collegate. Le celle solari sono generalmente costituite da silicio, il secondo materiale più abbondante sul pianeta dopo l’ossigeno. Poiché il silicio è un semiconduttore, può fungere da isolante e conduttore.

All'interno di una cella solare, il silicio è disposto in due diversi strati: il tipo P, che può ricevere elettroni, e il tipo N, che può cedere elettroni. Il silicio di tipo p viene prodotto aggiungendo atomi, come boro o gallio, che hanno un elettrone in meno nel loro livello energetico esterno rispetto al silicio, creando un posto vacante. Il silicio di tipo n è formato includendo atomi, come il fosforo, che hanno un elettrone in più nel loro livello esterno rispetto al silicio.

Lo strato di tipo N è posizionato verso la luce solare, mentre lo strato di tipo P è posizionato sotto lo strato di tipo N.

Anthony Fernandez/ACS

La luce del Sole arriva in piccoli pacchetti di energia chiamati fotoni che possono causare la perdita di elettroni nello strato di tipo N. Questi sono raccolti su uno strato di alluminio sottostante, noto anche come back sheet. Gli elettroni indotti fluiscono avanti e indietro, questo produce una corrente elettrica, che può fluire lungo i cavi e fuori dalla cella solare verso un dispositivo di accumulo.