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La cella solare

Cella solare

La struttura e la funzionalità delle celle solari si conoscono da molto tempo. Note storiche ricordano che il primo prototipo di pannello solare è stato costruito nel XVIII secolo da uno scienziato svizzero di nome Horace Benedict De Saussure. Ancora rozzamente concepita, questa prima cella solare era costituita da una scatola di legno (materiale con buone caratteristiche termiche isolanti) con una lastra di vetro al posto del coperchio che lasciava passare i raggi del sole. All’interno la scatola era stata colorata di nero con lo scopo di assorbire e trattenere le radiazioni solari trasformando la scatola in una piccola serra termica.
Da allora sono stati fatti molti passi in avanti. Le prime celle solari “moderne” le abbiamo incontrate sulle calcolatrici già una ventina di anni fa. Queste erano in grado di funzionare solo se poste sotto una fonte luminosa in quanto le celle trasformavano la luce in energia elettrica fornendo la potenza necessaria per farle funzionare.

Per la costruzione di queste celle è stato scelto un materiale semiconduttore, il silicio. Questo elemento molto diffuso in natura, viene fuso e colato in una cilindro di cristallo. Una volta freddo, il tubo di silicio viene tagliato in fettine molto sottili e dopato con alcune sostanze come il rame o il fosforo. Questa è una fase molto importante in quanto il silicio, al suo stato puro, è un pessimo conduttore di corrente in quanto non presenta elettroni di conduzione. Lo strato più esterno del suo atomo  presenta solo elettroni di valenza e non è in grado di trasportare energia. Dopando il silicio e rendendolo impuro si forniscono gli elettroni di conduzione necessari per la trasmissione dell’energia.
Alcuni elementi presenti in natura, come ad esempio il rame e il fosforo, sono degli ottimi conduttori di corrente in quanto i loro atomi, sullo strato esterno, hanno degli elettroni liberi, detti di conduzione,  in grado di trasportare la corrente elettrica.  Per questo motivo il silicio viene in genere dopato con delle sostanze impure affinché sia in grado di condurre una maggior quantità di corrente.
Le sfoglie di silicio vengono poi allineate in una matrice sottile a forma di griglia sulla parte superiore del pannello solare. Per proteggere il silicio viene stesa una sottilissima lastra di vetro sopra le celle fotovoltaiche. Il pannello viene poi attaccato ad un substrato di cemento in grado di condurre il calore ed evitare che il pannello si surriscaldi. L’energia in eccesso che il pannello non è in grado di convertire in elettricità potrebbe  far diventare l’unità eccessivamente calda riducendo l’efficienza delle celle solari.

Capacità di una cella solare

Le celle solari, come abbiamo visto, trasformano l’energia solare in energia elettrica. La quantità di energia prodotta da una cella dipende direttamente da:
Efficienza della cella stessa
Superficie della cella
Intensità della luce solare che colpisce la superficie della cella
Le celle solari vengono prodotte utilizzando vari tipi di silicio (amorfo, monocristallino, multi cristallino) il quale andrà ad influenzare la quantità di energia prodotta e, di conseguenza, il rendimento del pannello. Vediamo un breve esempio.

Rendimento pannelli fotovoltaici (a parità di spazio)

Pannello fotovoltaico al silicio amorfo Pannello fotovoltaico al silicio monocristallino Pannello fotovoltaico al silicio multicristallino
6-10% 13-17% 12-14%

FOTO

Le celle sono costituite da uno strato di silicio ridotto in una lamina molto sottile dopato con fosforo (strato detto tecnicamente F-type) che è a stretto contatto con un altro strato di silicio dopato con il boro (detto P-type) che funge da base.  Quando il sole colpisce la lamina di silicio, nella zona di contatto fra questi due strati (detta Giunzione PN) si crea un campo elettrico che produce corrente. In genere una cella è in grado di produrre circa 0,5 – 0,6 volt di corrente continua (DC)

1 Commento »

Un commento to “La cella solare”

  1. Energia solare che non necessita di incentivi | Pannelli solari Scrive:
    Aprile 29th, 2009 alle 3:18 am

    [...] da specchi che riflettono i raggi del sole in un unico punto. In questo punto sono presenti delle celle fotovoltaiche che trasformano i raggi solari in energia [...]