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Componenti e funzionamento di un impianto fotovoltaico
Ormai siamo abituati a vedere un impianto fotovoltaico sul tetto di una casa o su un terreno, ma vi siete mai chiesti come funzionano?
L’effetto fotovoltaico” (dal greco “foto” “luce” e da “voltaico”
derivato dal nome del fisico comasco Alessandro Volta, inventore
della pila) è il processo di conversione dell’energia solare
in energia elettrica e più precisamente della radiazione
solare (diretta o diffusa) in una corrente di elettroni.
Il processo utlizza il fenomeno fisico dell’interazione di
un fotone (radiazione solare) con gli elettroni esterni di
alcuni materiali (semiconduttori) che grazie all’energia ricevuta
dal fotone si liberano dall’atomo originario lasciando una lacuna;
gli elettroni degli atomi vicini si spostano occupando le lacune
creatasi negli atomi adiacenti e così via. Il fenomeno
è complesso, ma si può schematizzare così. Si
origina in tal modo un vero e proprio flusso di elettroni: la
corrente elettrica.
La cella fotovoltaica (o cella
solare) è il mezzo dove si verifica il processo di
conversione dell’energia solare in energia elettrica. Consiste in
una lastra di materiale semiconduttore (comunemente è
silicio) di spessore medio pari a circa 0,3 mm che, trattata in
modo opportuno (ovvero “drogata” con atomi di bario e di fosforo),
origina una differenza di potenziale tra la superficie superiore
(-) e quella inferiore (+). La radiazione solare che colpisce la
cella mette in movimento gli elettroni che si spostano dalla parte
negativa a quella positiva creando un flusso che genera corrente
continua. Questo flusso rappresenta di per sè già un
generatore di una corrente di tipo continuo (come quella delle
batterie).
La corrente continua prodotta dalle celle solari viene poi
trasformata in corrente alternata da un
inverter, un invertitore, il vero”cuore” di un
impianto fotovoltaico. Parallelamente all’inverter sono presenti
anche un trasformatore e un sistema di rifasamento e filtraggio che
garantiscono la qualità della potenza in uscita. L’energia
elettrica è ora pronta per alimentare direttamente il
consumo di un’utenza o per essere ceduta alla rete pubblica.
Le celle fotovoltaiche collegate tra loro formano un modulo
fotovoltaico. I più diffusi sono costituiti da 36
celle disposte su 4 file parallele collegate in serie, con una
superficie che varia da 0,5 a 1m2. Più moduli collegati in
serie formano un pannello. Più pannelli collegati in serie
costituiscono una stringa. Più stringhe, collegate
generalmente in parallelo per fornire la potenza richiesta,
costituiscono il generatore fotovoltaico (l’impianto). Completano
l’impianto le strutture di sostegno e/o ancoraggio dei diversi
moduli al terreno o sul tetto di un edificio, il sistema di cavi
elettrici e di collegamento, uno o più contatori per il
monitoraggio dell’energia autoconsumata e di quella eventualmente
immessa nella rete pubblica e tutti i componenti di protezione di
interfaccia e controllo previsti dal gestore della rete.
Per poter contabilizzare l’energia prodotta
dall’impianto vengono in genere installati due contatori
(M1 e M2): M1 è un contatore bidirezionale che misura o
l’energia che dall’impianto fotovoltaico fluisce verso la rete o
quella assorbita dalle utenze; M2, invece, contabilizza tutta
l’energia fotovoltaica prodotta dall’impianto che viene incentivata
dal GSE con il “Conto Energia”.
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