Hai mai pensato a come fa un pannello produrre energia?

In LumenWatt progettiamo e realizziamo impianti fotovoltaici dal 2007 e, quando ci capita di parlare di fotovoltaico con un cliente per la prima volta, entrambi diamo per scontato che i pannelli che andremo a installare sul tetto producano energia elettrica.
In questo articolo, però, vogliamo provare a spiegare come fanno i pannelli a produrre energia cercando, come sempre, di parlare nel modo più semplice possibile anche se l’argomento è molto tecnico e richiede competenze in diverse discipline. Sarà un articolo breve e con diverse semplificazioni per evitare di entrare nel campo estremamente vario e complesso della radiazione elettromagnetica. 
Come è fatto un pannello fotovoltaico
Un pannello è composto da diverse celle fotovoltaiche (54-60-72 e così via ) che collegate tra loro vanno a formare quello che per tutti è il pannello fotovoltaico. Queste celle vengono poi fissate su un pannello in genere in EVA (Etilene vinil acetato) e racchiuse da una cornice in alluminio esterna, un vetro di protezione superiore e un pannello di protezione posteriore.
Le celle sono realizzate in un materiale semiconduttore (il silicio) che, per le sue proprietà, è perfetto per questo e altri tipi di impiego nel campo dell’elettronica. Queste sono poi connesse con delle piastre metalliche sulle quali, come vedremo dopo, passeranno le cariche elettriche generate per effetto fotoelettrico. 

Come fanno le celle a generare energia

Dobbiamo fare un piccolo passo indietro e parlare di sole e di luce. Siamo abituati ad associare la presenza di luce sui pannelli alla presenza del sole in cielo ma non ci chiediamo mai come questo possa generare energia. Semplificando molto possiamo dire che con la luce vengono trasmessi dei fotoni (quanto di luce) che, nel nostro caso, vanno a colpire il pannello fotovoltaico. Quando i fotoni (o una radiazione elettromagnetica) investono un materiale possono, in certe condizioni, cedere energia agli elettroni più esterni che sono presenti nel materiale in questione. Questo fenomeno è stato osservato per la prima volta da Alexandre Edmond Becquerel nel 1839 e poi ampiamente studiato da Albert Einstein nel 1905 come teoria dell’effetto fotoelettrico.
Le celle fotovoltaiche sono quindi appositamente costruite in un materiale semiconduttore (silicio) modificato (drogato). Queste, una volta colpite dalla luce e quindi dai fotoni, “liberano” o emettono degli elettroni che si “agitano” all’interno della cella e producono un flusso di corrente che passa attraverso le lamine metalliche e successivamente nei cavi collegati al pannello fotovoltaico.

Cosa abbiamo imparato

Facciamo un piccolo riassunto di quanto abbiamo visto sopra:
-   Sappiamo che i pannelli fotovoltaici sono un insieme di celle fotovoltaiche collegate tra loro;
-   Sappiamo che le celle sono realizzate in silicio, un materiale largamente presente nelle nostre vite grazie all’uso massiccio nell’elettronica di consumo;
-   Sappiamo che la luce del sole invia dell’energia attraverso dei fotoni sui pannelli fotovoltaici;
-   Sappiamo che, in particolari condizioni, certi materiali (come il silicio “drogato”) riescono ad usare questa energia per far spostare degli elettroni, e quindi una carica elettrica, una volta che vengono colpiti da una quantità sufficiente di fotoni.
Ora sappiamo come fa un pannello fotovoltaico a convertire la luce in energia elettrica (in corrente continua). Prossimamente vedremo come riusciamo a sfruttare questa energia nelle nostre case o nelle fabbriche grazie all’uso di inverter.
 

Approfondimento a cura di Zamboni Daniele
Progettista elettrotecnico presso LumenWatt S.r.l.