Come Funzionano i Pannelli Solari e l’Energia Solare

Il Sole produce molta energia chiamata energia solare. Questa energia solare sarà disponibile per altri 5 miliardi anni, ovvero per l’intera durata stimata del sole. Ecco perché per noi è diventato importante sfruttare questo tipo di energia attraverso i pannelli solari.

I pannelli solari sono costituiti da celle solari, che è la parte che trasforma l’energia solare della luce solare in elettricità. Le celle solari producono elettricità direttamente dalla luce solare. È la tecnologia energetica più affidabile mai realizzata. Ecco perchè motivo è utilizzata sui satelliti nello spazio e in luoghi remoti della Terra. Ma entriamo nello specifico e vediamo come funzionano i pannelli solari.

Come funzionano le celle solari?

Le celle solari sono realizzate con atomi di silicio. Un atomo è fondamentalmente un mattone, proprio come un mattoncino Lego, ma così piccolo che avresti bisogno di una macchina speciale per vederli. Poiché gli atomi di silicio sono così piccoli, ne occorrono trilioni e trilioni per una cella solare.

Per realizzare la cella solare è necessario uno strato di silicio, delle stesse dimensioni di un piatto da portata ma molto più sottile, solo tre volte lo spessore di una ciocca di capelli. Questo strato di silicio viene modificato in modo speciale utilizzando temperature elevate fino a 1.000 ℃. Quindi, un foglio di metallo viene posizionato sul retro dello strato e una rete metallica con dei fori, come una rete, viene posizionata sul davanti. È questo lato a rete dello strato che sarà rivolto verso il sole.

Quando vengono realizzate 60 celle solari, queste vengono fissate insieme dietro uno strato di vetro per formare un pannello solare. Su questo tetto è possibile vedere un collettore solare dell’acqua calda (in alto a sinistra) e 42 pannelli solari elettrici, ciascuno dei quali è composto da 60 celle solari combinate dietro un vetro protettivo.

Se la tua casa ha un sistema di energia solare, probabilmente avrà da 10 a 50 pannelli solari attaccati al tuo tetto. Milioni di pannelli solari sono utilizzati per realizzare grandi parchi solari situati in zone di campagna, perché richiedono molto spazio. Ogni atomo di silicio contiene cose estremamente piccole e leggere chiamate elettroni. Questi elettroni trasportano ciascuno una piccola carica elettrica.

Ogni minuscolo atomo di silicio ha un nucleo al centro composto da 14 minuscoli protoni e 14 minuscoli neutroni, oltre a 14 minuscoli elettroni girano intorno al nucleo. Quando la luce solare cade su un pannello solare, può colpire uno degli elettroni in un atomo di silicio e liberarlo.

Questi elettroni possono muoversi ma, a causa del modo speciale in cui è fatta la cellula, possono andare solo in una direzione, verso il lato rivolto verso il Sole. Non possono andare dall’altra parte. Quindi, ogni volta che il Sole splende sulla cella solare, molti elettroni fluiscono verso l’alto ma non verso il basso, e questo crea la corrente elettrica necessaria per alimentare le cose nelle nostre case come le luci, la televisione e altri articoli elettrici. Se la luce del sole è brillante, molti elettroni vengono colpiti e quindi molta corrente elettrica può fluire. Se è nuvoloso, vengono colpiti meno elettroni e la corrente verrà ridotta di tre quarti o più.

Di notte, il pannello solare non produce energia elettrica e dobbiamo fare affidamento su batterie o altre fonti di elettricità per mantenere le luci accese.

Come vengono utilizzate le celle solari?

Le celle solari sono il modo più economico per produrre elettricità, più conveniente rispetto alle nuove centrali a carbone o nucleari. Questo è il motivo per cui le celle solari vengono installate in tutto il mondo circa cinque volte più velocemente delle centrali a carbone e 20 volte più veloci delle centrali nucleari.

In Italia, quasi tutte le nuove centrali elettriche sono centrali solari o parchi eolici. L’elettricità solare ed eolica può essere utilizzata per far funzionare le auto elettriche al posto delle inquinanti auto a benzina. L’elettricità solare ed eolica può anche riscaldare e raffreddare la tua casa e può essere utilizzata nell’industria al posto del carbone e del gas naturale.

Mulini a vento e pannelli solari possono produrre molta elettricità.  Il sole e il vento stanno aiutando a ridurre la quantità di gas serra che danneggiano la nostra Terra. Sono economici e continuano a diventare ancora più economici e più li usiamo, più velocemente possiamo smettere di usare energia che può danneggiare la Terra (come carbone, petrolio e gas).

Inoltre, il silicio è il secondo atomo più comune al mondo (dopo l’ossigeno). In effetti, la sabbia e le rocce sono composte principalmente da silicio e ossigeno. Quindi, non potremmo mai rimanere senza silicio per produrre più celle solari.

Come funzionano i pannelli solari nelle case?

I pannelli solari funzionano assorbendo la luce solare con celle fotovoltaiche (PV), solitamente dopo essere stati posizionati sul tetto di una casa. I pannelli convertono questa luce solare in energia a corrente continua (CC) che viaggia all’interno della casa in un inverter, che a sua volta la converte in energia a corrente alternata (CA), che poi scorre attraverso il quadro elettrico della casa alimentando qualsiasi apparecchio con elettricità. L’eventuale elettricità in eccesso viene inviata alla rete elettrica, che a sua volta ti fornisce l’elettricità necessaria se utilizzi più di quanto creino i pannelli.

Ecco la tua panoramica in quattro passaggi:

1. I pannelli solari assorbono l’energia dal sole e la convertono in corrente continua.
2. L’elettricità dai pannelli solari è convertita in elettricità dalla tecnologia inverter (l’elettricità CA è utilizzata dalla maggior parte degli elettrodomestici).
3. L’elettricità scorre attraverso la tua casa, alimentando apparecchi e dispositivi elettronici.
4. L’eventuale elettricità in più prodotta dai pannelli solari è poi reimmessa nella rete elettrica.

Come fanno a generare elettricità?

Ogni cella fotovoltaica è fondamentalmente un sandwich composto da due fette di materiale semiconduttore come il silicio. Quando la luce interagisce con una cella di silicio, provoca la messa in moto degli elettroni che avviano un flusso di corrente elettrica noto come “effetto fotovoltaico”.

1. Le celle solari assorbono l’energia in entrata sotto forma di luce solare.
2. Gli elettroni iniziano a fluire, generando una corrente elettrica.
3. Il cablaggio cattura la corrente elettrica e la combina con l’energia di altre celle solari.

Vantaggi dei pannelli solari

Ora che sai cosa sono e come funzionano, possiamo dirti perché vengono usati cosi tanto. Vediamo quindi quali sono i vantaggi dei pannelli solari.

• Fonte di energia rinnovabile: l’energia solare è accessibile fintanto che abbiamo il sole, che secondo gli scienziati durerà almeno cinque miliardi di anni. È veramente una fonte di energia rinnovabile, non produce gas, non inquina l’acqua e non crea rumore. È un sogno verde.
• Riduce le bollette elettriche: poiché genererai parte del tuo fabbisogno energetico dai pannelli solari, le tue bollette elettriche totali diminuiranno. Puoi anche guadagnare vendendo l’elettricità inutilizzata alla rete. E puoi ancora cambiare fornitore di gas ed elettricità quando hai i pannelli solari.
• Tempistica: il fabbisogno energetico delle famiglie tende ad essere maggiore nel pomeriggio e la sera, quando le persone sono a casa. Questo è perfetto in quanto l’energia solare raggiunge la massima produzione in quegli orari. Nota: i pannelli solari non funzionano di notte.
• Manutenzione ridotta: i pannelli solari non richiedono molta manutenzione, basta pulirli un paio di volte all’anno. Le garanzie sono generalmente di 20-25 anni e l’inverter deve essere sostituito solo dopo 10 anni.

Tecnologie alternative

Abbiamo parlato dei pannelli solari perché è il tipo di tecnologia più comune soprattutto per le case e le aziende. Ma c’è di più là fuori e funzionano in modi diversi rispetto ai tradizionali pannelli solari fotovoltaici. Due delle opzioni solari alternative più comuni che funzionano in modo diverso rispetto ai pannelli fotovoltaici sono il pannello solare termico e  il solare a concentrazione.

Pannello solare termico

I sistemi a pannello solare termico catturano l’energia termica dal sole e la utilizzano per riscaldare l’acqua per la tua casa. Questi sistemi sono costituiti da alcuni componenti principali: collettori, un serbatoio di accumulo, uno scambiatore di calore, un sistema di controllo e un riscaldatore di riserva.

In un sistema a pannello solare termico, non c’è movimento di elettroni. Invece, i pannelli trasformano la luce solare in calore. I pannelli in un sistema solare termico sono noti come “collettori” e sono generalmente installati su un tetto. Raccolgono energia in modo molto diverso rispetto ai tradizionali pannelli fotovoltaici: invece di generare elettricità, generano calore. La luce solare passa attraverso il rivestimento in vetro di un collettore e colpisce un componente chiamato piastra assorbente, che ha un rivestimento progettato per catturare l’energia solare e convertirla in calore. Questo calore generato è trasferito ad un “fluido di trasferimento” (antigelo o acqua potabile) contenuto in piccoli tubi nella piastra.

Energia solare concentrata

L’energia solare concentrata (nota anche come energia solare a concentrazione o energia solare-termica a concentrazione) funziona in modo simile al pannello solare termico, in quanto trasforma la luce solare in calore. La tecnologia CSP produce elettricità concentrando l’energia solare termica tramite specchi. In un’installazione CSP, gli specchi riflettono il sole su un punto focale. In questo punto focale c’è un assorbitore o ricevitore che raccoglie e immagazzina energia termica.

Il CSP è più spesso utilizzato nelle installazioni su scala industriale per aiutare a fornire energia a una rete elettrica.