Energie alternative

Energia solare i fondamenti : ( fotovoltaico)

La conversione diretta della radiazione solare in energia elettrica avviene per mezzo dell'effetto fotovoltaico. La tecnologia fotovoltaica non utilizza alcun combustibile e può alimentare strumenti piccolissimi come l' orologio da polso, la calcolatrice, i sistemi di illuminazione stradale o grandissimi come le centrali che possono rifornire di elettricità la rete elettrica. Sfrutta il Sole, la fonte di energia più diffusa, gratuita e disponibile.

Ce ne sarebbe abbastanza per fare del fotovoltaico l'energia pulita del futuro.

Le prime forme di sfruttamento efficace dell'energia solare attuate risalgono al lontano Oriente, dove la conversione dell'energia solare consentì la diffusione della coltura intensiva di cereali su grande scala e la formazione dei primi agglomerati urbani. Nella Grecia antica si affermarono i primi esempi di architettura solare: case con porticati esposti a sud per mantenere il fresco in estate e far penetrare il sole in inverno; pavimenti di pietra nera e murature spesse per trattenere il calore solare e rilasciarlo gradualmente nella notte. I Romani introdussero l'uso del vetro per trattenere il calore e sperimentarono un'ampia gamma di differenti realizzazioni adattabili a vari climi del loro vasto impero. Ancora nel Medioevo e fino alla rivoluzione industriale l'energia del sole, utilizzata essenzialmente per conversione vegetale, assunse il ruolo di fonte indiretta di energia, in ausilio all'energia animale e alle tre grandi fonti di energia del tempo: l'acqua, il vento e il legname. Nell'epoca della rivoluzione industriale cessò il primato delle energie biologiche e s'instaurò quello delle energie fossili in grado di soddisfare la crescente domanda di energia imposta dai nuovi modelli produttivi.

L' effetto fotovoltaico, per cui alcuni materiali semiconduttori esposti ad una radiazione luminosa producono elettricità, fu scoperto nel 1839 da Antoine-César Bequerel. Fu però solo negli anni Cinquanta del secolo scorso che furono perfezionati i primi dispositivi funzionanti.

Per realizzare la conversione della radiazione solare in energia elettrica sono stati studiati vari dispositivi: attualmente celle al silicio (monocristallino o policristallino) e film sottile di CdS-Cu2S sono disponibili per generatori dell'ordine di qualche kW. L'efficienza di conversione di queste celle varia tra l'8 e il 15%. Le celle all'arseniuro di gallio, unitamente a sistemi di concentrazione, possono raggiungere efficienze del 25%. I generatori fotovoltaici, per potenze fino a 1 kW, possono essere utilizzati per i sistemi di comunicazione, di illuminazione e di pompaggio dell'acqua; per potenze fino ai 100 kW, come centrali elettriche per villaggi isolati e a scopo agroindustriale di piccola scala.

Alcuni esempi… Il piccolo satellite Vanguard, lanciato nel 1958 dalla base di Cape Canaveral, fu il primo oggetto complesso a funzionare grazie alla conversione diretta dell' energia solare in energia elettrica. Nel 1977 il fisico inglese sir Nevill Mott inventò un tipo di silicio più economico, anche se con rendimenti più bassi, rispetto a quello usato fino ad allora ottenendo, per i suoi studi, il premio Nobel. Negli anni Novanta la tecnologia ha fatto ancora notevoli progressi, sia per quanto riguarda l' uso del silicio sia per la sperimentazione di nuovi semiconduttori come l' arseniuro di gallio. Le celle più usate restano quelle di silicio policristallino, ma negli Stati Uniti si stanno sviluppando delle celle realizzate in sottilissimi film di silicone capaci di condurre elettricità e plastiche particolari che potrebbero cambiare la prospettiva della tecnologia fotovoltaica rendendola a buon mercato. Ma restano da superare ancora alcuni problemi. La tecnologia consente oggi di ricavare una quantità di energia elettrica pari al 20% dell' energia potenzialmente disponibile. Questo può rappresentare un limite: se la potenza che si vuole ottenere è notevole sono necessari grandi spazi per installare tutti i panelli che servono. La ricerca sta, comunque, tentando di ottenere miglioramenti dell'efficienza di conversione, di ridurre i costi del materiale di partenza e di ridurre il costo di fabbricazione. In vent' anni tutto questa ha portato ad un abbattimento di dieci volte del costo dell' energia da fotovoltaico. Ma questa cifra resta comunque nove volte più alta rispetto a quella dell' energia ottenuta con le fonti tradizionali.

Quanti tipi di impianto esistono?
La estrema modularità dei sistemi fotovoltaici ne determina la particolare flessibilità di impiego in tantissime applicazioni, anche molto diverse fra loro.
I sistemi fotovoltaici si possono dividere in base alla loro configurazione elettrica in:

I sistemi autonomi sono caratterizzati dalla necessità di fornire l'energia elettrica all'utenza anche in condizioni di bassa insolazione o buio; diviene allora necessario l'accumulo dell'energia elettrica prodotta dalle celle e non utilizzata al momento della produzione. Un sistema di batterie garantisce l'erogazione di corrente anche in queste condizioni. È opportuno prevedere quindi un dimensionamento del campo FV in grado di permettere, durante le ore di insolazione, sia l'alimentazione del carico, sia la ricarica delle batterie di accumulo. La corrente generata dal sistema fotovoltaico è una corrente continua. Se il carico è costituito da apparecchiature che richiedono una alimentazione in corrente alternata è necessario anche un convertitore corrente continua/corrente alternata (inverter). Questi sistemi sono usati in molteplici applicazioni, che risultano economicamente vantaggiose nei casi in cui la rete elettrica sia assente o difficilmente raggiungibile

I sistemi connessi alla rete non necessitano di sistema di accumulo, in quanto sono permanentemente collegati alla rete elettrica. Nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non produce energia sufficiente per coprire la domanda di elettricità è la rete a fornire l'energia richiesta.
Viceversa, se il sistema fotovoltaico produce più energia elettrica di quanta sia effettivamente richiesta dal carico, il surplus viene trasferito alla rete. In un impianto tipo, due contatori contabilizzano gli scambi fra l'utente e la rete. Un inverter trasforma l'energia elettrica da corrente continua, prodotta dal sistema fotovoltaico in corrente alternata. In questo caso la qualità del segnale in uscita dall'inverter deve essere molto alta perché la corrente prodotta deve poter essere immessa in rete e quindi avere gli stessi requisiti di quella fornita dalla rete stessa. L'inverter è sicuramente il componente del BOS più importante nei sistemi collegati in rete, perché, oltre a trasformare l'energia elettrica da corrente continua in corrente alternata, controlla e ottimizza il passaggio dì energia tra il modulo fotovoltaico e il carico.

Quale impatto ambientale?

Il fotovoltaico è probabilmente il migliore tra i metodi di produzione di energia conosciuti. E silenzioso, non produce emissioni, non utilizza carburante (ad eccezione della luce del sole). La tecnologia fotovoltaica è basata sul silicio, il secondo elemento più comune e non tossico presente sulla superficie.