4. energia solare fotovoltaica – l’energia solare fotovoltaica è il processo di trasformazione della radiazione luminosa direttamente in energia elettrica….diamo a scopo informativo un brevissimo cenno storico…nel 1839 alexandre edmond bécquerel scopre che alcune reazioni chimiche indotte dalla luce generano elettricità (effetto fotogalvanico negli elettroliti liquidi)…nel 1883 charles fritz fabbrica una cella solare di 30 cm quadrati a base di selenio che raggiunge una efficienza di conversione fotogalvanica dell’ 1-2%…nel 1905 albert einstein pubblica la teoria sull’effetto elettrico che gli varrà in seguito il premio nobel…ma torniamo al presente con la definizione importante di modulo fotovoltaico…un modulo fotovoltaico, costituito a sua volta di singole celle fotovoltaiche, è un dispositivo in grado di convertire l’energia della radiazione luminosa solare direttamente in energia elettrica, mediante una reazione elettrochimica chiamata effetto fotovoltaico operata da materiali semiconduttori, ed è impiegato come generatore di corrente elettrica in un impianto e/o campo fotovoltaico…più moduli fotovoltaici formano un pannello fotovoltaico (seppur l’aumento progressivo delle dimensioni dei moduli fotovoltaici supera questa stessa definizione)…attualmente i moduli fotovoltaici più comuni hanno dimensioni da 0,5 a 2,5 metri quadrati e costi ancora abbastanza elevati, nonostante la grande richiesta mondiale non soddisfatta però dalla capacità produttiva, cosa che impedisce una sostanziale discesa dei prezzi…il componente di base più comune del modulo fotovoltaico è il silicio, abbondantissimo in natura ed utilizzato massivamente (è alla base della produzione del comune vetro), organizzato su strutture varie di sostegno e canalizzazione del flusso energetico derivante dalla reazione elettrochimica tra silicio e radiazione solare… le tecnologie più comuni di realizzazione dei moduli fotovoltaici sono:

• moduli monocristallini, in cui ogni cella componente del modulo è realizzata a partire da una struttura cristallina omogenea di molecole di silicio
• moduli policristallini, in cui la struttura di deposizione delle molecole di silicio non è omogenea, ma organizzata in grani e strutture localmente ordinati,
• moduli a silicio amorfo, in cui le molecole di silicio vengono deposte in modo amorfa, cioè disorganizzato strutturalmente, sulla superficie di sostegno (questa tecnologia impiega quantità esigue di silicio con spessori dell’ordine del micron)
• moduli a telluro di cadmio, solfuro di cadmio, arseniuro di gallio (per scopi militari o spaziali), diseleniuro di indio rame o di indio rame gallio, poco usati perchè o eccessivamente costosi o tossici o scarsamente produttivi,
• moduli ad eterogiunzione, cioè basati su giunzioni tra sostanze diverse con rispettive ottimizzazioni per specifiche sottobande della radiazione luminosa,
• moduli a silicio microsferico, in cui si impiega silicio policristallino in sfere di 0,75 mm ingabbiate in un substrato di alluminio…

delle tecnologie sopra illustrate, solo l’amorfo ed il microsferico permettono l’importante caratteristica della flessione del modulo che consente l’utilizzo del modulo fotovoltaico stesso come elemento di costruzione diretta di tetti e strutture edilizie (avremo modo di tornare su questo argomento)…i moduli mono o policristallini rappresentano comunque la maggior parte del mercato attuale…entrambe le tecnologie sono costruttivamente simili e prevedono che ogni cella componente del modulo fotovoltaico sia cablata in superficie con una griglia di materiale conduttore che canalizza gli elettroni…ogni cella è collegata alle altre mediante ribbon (nastri), in modo da formare opportuni elementi elettrici in serie ed in parallelo…introduciamo ora l’importante concetto di rendimento…il rendimento (o efficienza di conversione) del modulo fotovoltaico si ottiene valutando il rapporto tra energia prodotta ed energia luminosa che investe la superficie del modulo stesso…i moduli fotovoltaici convertono direttamente la luce solare in energia elettrica con rendimenti che arrivano fino al 40% in laboratorio, ma che nella media si attestano intorno al 15%, pur essendo in continuo aumento, arrivando ormai anche al 25% negli ultimi prodotti immessi in commercio dal 2008 (per un confronto gli idrocarburi utilizzati per la produzione di energia elettrica in termocentrali arrivano al 35%, con punte massime del 50-55% solo nel caso di tecnologie che prevedano la cogenerazione ed il recupero termico)…le prestazioni ed il rendimento dei moduli sono suscettibili di variazioni che dipendono dal rendimento dei materiali utilizzati, dalla tolleranza di fabbricazione percentuale rispetto ai valori targati, dall’irraggiamento totale, dall’angolazione di questo, dalla temperatura di esercizio dei materiali (che paradossalmente tendono ad affaticarsi ad alte temperature), dalla composizione dello spettro della luce…per motivi solo costruttivi il rendimento dei moduli è in genere inferiore od uguale al rendimento della loro peggior cella…in genere i rendimenti per struttura sono : 16% nei moduli per eterogiunzione, 14% moduli in silicio monocristallino, 13% moduli in silicio policristallino, 10% moduli in silicio microsferico, 6% moduli in silicio amorfo…ne consegue che a parità di produzione di energia elettrica richiesta la superficie occupata da un campo fotovoltaico amorfo sarà certamente più che doppia rispetto ad un equivalente campo fotovoltaico mono o policristallino, ponendo quindi problematiche di impatto sugli spazi, ma potendo utilizzare la tecnologia del silicio amorfo per le sue qualità di torsione come elemento costruttivo per gli edifici (in seguito parleremo di bioarchitettura e nuovi materiali e tecniche costruttive) tale superficie del campo viene ad essere automaticamente ridotta a valori compatibili…i moduli non hanno parti mobili e necessitano di una bassa manutenzione, per lo più dedicata alla pulizia delle superfici…i moduli attuali hanno vita stimata di 30 anni, ma è plausibile stimare la loro vita funzionale a 20 anni per via della naturale obsolescenza della tecnologia costruttiva rispetto al tempo…il difetto principale di un modulo fotovoltaico è il costo attuale dei pannelli (costo che ovviamente tenderà alla netta diminuzione allo stabilirsi di una vera produzione di massa che stimolata da specifici contributi pubblici potrebbe contribuire allo scopo) e l’immagazzinamento dell’energia prodotta (cosa che può essere superata immettendo in una rete esterna l’eccesso di produzione e distribuendola altrove o mediante accumulatori di energia)…con le attuali tecnologie i moduli fotovoltaici sono sensibili anche alla radiazione infrarossa (quella invisibile) dei raggi solari, caratteristica che gli consente di produrre energia anche in condizioni di tempo coperto o pioggia, seppur in misura minore…la tecnologia fotovoltaica, finora utilizzata solo per produrre elettricità in zone isolate, difficilmente raggiungibili da una rete, o in piccoli impianti domestici off-grid (definiremo meglio in seguito il senso di questo termine), può essere ibridata dal termosolare in impianti misti di grande interesse…a brindisi, è in realizzazione il parco fotovoltaico più grande d’europa (potenza 11 mw) che dovrebbe entrare in funzione nel 2011, sul sito dell’ex petrolchimico…in italia la costruzione del fotovoltaico è regolamentata dal decreto attuativo n 131 del 5 agosto 2005, noto anche come conto energia…l’università di toronto ha sviluppato un materiale plastico che sfruttando le nanotecnolgie converte i raggi solari ed infrarossi, quindi anche con copertura nuvolosa, prevedendo così di aumentare di circa quattro-cinque volte i rendimenti attuali delle celle fotovoltaiche…

miko somma (continua)