Funzionamento e caratteristiche delle celle fotovoltaiche  

Le celle fotovoltaiche sono l’elemento più importante di un pannello fotovoltaico, un componente essenziale per il funzionamento di questa green technology. Questi dispositivi sono la base di un impianto fotovoltaico, per produrre energia elettrica pulita in modo sostenibile e ridurre le emissioni di gas ad effetto serra.

In questa guida approfondiremo il funzionamento di una cella fotovoltaica, analizzandone nel dettaglio le caratteristiche e per capire come riescono a trasformare la luce solare in elettricità. Ecco tutto quello che bisogna sapere sulle celle solari fotovoltaiche, per comprendere meglio questa tecnologia sempre più utilizzata anche in ambito domestico.

Che cos’è una cella solare fotovoltaica

Un impianto fotovoltaico è in grado di sfruttare l’energia solare per la produzione di energia elettrica, un processo reso possibile dalle celle fotovoltaiche. Si tratta di piccoli componenti realizzati di norma in silicio, con dimensioni contenute di appena 125-156 millimetri per lato a seconda del modello e uno spessore di 0,25-0,35 millimetri.

Ogni pannello fotovoltaico è composto da un determinato numero di celle solari fotovoltaiche, che può andare in genere da un minimo di 48 a un massimo di 96 celle fotovoltaiche. Di solito, i moduli usati in ambito residenziale hanno 60 celle fotovoltaiche, ma oggi molti produttori propongono pannelli con 54 celle, con la possibilità di arrivare a 108 celle solari fotovoltaiche attraverso l’innovativa tecnologia half-cut.

Oltre al silicio, le celle fotovoltaiche possono essere composte anche da altri materiali, come l’indio, il diseleniuro di rame e il tellururo di cadmio. Tuttavia, si stanno sperimentando anche nuovi materiali per sviluppare pannelli fotovoltaici con una maggiore efficienza energetica, come la perovskite, che potrebbe consentire di aumentare il rendimento dei moduli fotovoltaici di nuova generazione.

Come funzionano le celle per fotovoltaico

Una cella fotovoltaica è composta da due strati di silicio, chiamati N e P, uno dotato di carica negativa e l’altro invece di carica positiva. Quando la luce del sole colpisce la superficie antiriflettente del pannello le celle sono in grado di assorbire la radiazione solare, in questo modo avviene il cosiddetto effetto fotovoltaico, un processo che consiste nella conversione dell’energia solare in elettricità.

Ciò è possibile grazie all’azione dei fotoni (le più piccole particelle della luce solare), i quali colpiscono lo strato caricato positivamente della cella fotovoltaica e rilasciano degli elettroni (cariche elettriche negative). Il movimento degli elettroni crea una differenza di potenziale, che a sua svolta produce energia elettrica all’interno del circuito.

Le celle fotovoltaiche del pannello sono collegate tra loro in serie o in parallelo, attraverso elementi metallici conduttori. L’elettricità in corrente continua prodotta dalle celle fotovoltaiche viene poi trasformata in corrente alternata dall’inverter, in questo modo è possibile usare l’energia elettrica per l’autoconsumo, cederla alla rete elettrica esterna o utilizzarla per ricaricare il sistema di accumulo.

I diversi tipi di celle solari fotovoltaiche

In commercio esistono pannelli realizzati con differenti tipi di celle fotovoltaiche, tra cui quelli più utilizzati oggi sono:

• celle fotovoltaiche di silicio policristallino, composte da cristalli di silicio con un diverso orientamento, una configurazione che permette di ottenere un rendimento più costante durante la giornata;
• celle fotovoltaiche di silicio monocristallino, con cristalli di silicio che hanno lo stesso orientamento, in grado di arrivare a un rendimento del 18-21% più elevato rispetto a quello dei moduli policristallini.

Altri tipi di celle solari fotovoltaiche sono quelle al tellururo di cadmio, un semiconduttore molto efficiente in grado di resistere bene alle alte temperature, tuttavia è anche un materiale con un’elevata tossicità, pericoloso per la salute e l’ambiente al momento dello smaltimento dei pannelli fotovoltaici. Il silicio amorfo idrogenato, invece, permette di realizzare celle con buone performance e prezzi competitivi.

Le celle fotovoltaiche al seleniuro di rame, indio e gallio consentono di ottenere rendimenti potenziali intorno al 21%, quindi piuttosto elevati. È un materiale oggetto di studi e ricerche, un semiconduttore con un elevato coefficiente di assorbimento che lo rende particolarmente interessante per le applicazioni fotovoltaiche, per realizzare celle di ultima generazione più efficienti e performanti.

L’efficienza delle celle solari fotovoltaiche

Al giorno d’oggi, le celle fotovoltaiche migliori hanno un livello di efficienza fino al 21-22%, ossia sono in grado di trasformare il 21-22% dell’energia solare in energia elettrica. L’efficienza delle celle è un aspetto fondamentale per lo sviluppo della tecnologia fotovoltaica, in quanto moduli più performanti consentono di ottenere rendimenti superiori e ottimizzare la produzione di energia elettrica pulita.

In laboratorio i ricercatori stanno ottenendo livelli di efficienza fino al 24-25%, come il progetto AMPERE di ENEA (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile). In questo caso è stata messa a punto una tecnologia innovativa, che grazie alla sostituzione degli strati di silicio amorfo con strati di ossidi conduttivi riesce ad offrire un’efficienza di 1 punto percentuale superiore.

Lo sviluppo di celle fotovoltaiche di nuova concezione fornirà un contributo essenziale per la diffusione dell’energia solare, sia a livello residenziale che industriale. Per usufruire subito di energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili come il solare fotovoltaico basta scegliere un’offerta luce Pulsee, una fornitura con il 100% di elettricità proveniente da energie sostenibili certificate per ridurre le emissioni di gas serra e sostenere la transizione verso l’energia verde e pulita.