La tecnologia fotovoltaica, sviluppata negli anni cinquanta del secolo scorso nell’ambito dei programmi spaziali, si è progressivamente estesa anche a numerose applicazioni terrestri, con evidenti vantaggi sia di carattere strategico, come la diversificazione delle fonti di approvvigionamento energetico, sia di salvaguardia ambientale.
A ciò si aggiunge che le caratteristiche di modularità, affidabilità e semplicità di manutenzione degli impianti fotovoltaici rendono l’energia solare una fonte energetica facilmente accessibile e a moderato impatto ambientale.
Tutti questi fattori indicano come questa fonte energetica, e la tecnologia che ne consente l’utilizzo, possa essere annoverata tra le più interessanti nel medio e lungo termine
I dispositivi che, sfruttando l’effetto fotovoltaico, convertono la radiazione elettromagnetica, sottoforma di luce, in energia elettrica, prendono il nome di celle fotovoltaiche o solari. Il principio di funzionamento delle celle fotovoltaiche si basa sull’impiego di materiali semiconduttori(prevalentemente il Silicio) il cui reticolo cristallino, una volta investito da una radiazione luminosa porta alla formazione di una differenza di potenziale agli estremi della giunzione semiconduttrice (giunzione p-n). Tale condizione genera una tensione e, connettendo la giunzione, si otterrà un circuito chiuso nel quale potrà circolare un flusso di elettroni, cioè una corrente elettrica, per tutto il tempo che la cella verrà esposta alla luce solare.
Le celle fotovoltaiche rappresentano l’elemento base nella costruzione dei moduli fotovoltaici, i quali vengono impiegati come generatori di corrente negli impianti fotovoltaici.
I moduli in silicio mono o policristallini, e in misura minore quelli a film sottile, sono le tipologie che rappresentano la più ampia diffusione nel mercato, anche se, l’attenzione della ricerca è rivolta sempre più all’impiego di materiali semiconduttori a base di composti policristallini, che sembrano offrire costi ridotti ed efficienze relativamente elevate.
Semplificando, da un punto di vista costruttivo, i moduli fotovoltaici presentano una superficie posteriore di supporto, sulla quale viene appoggiata la matrice costituita dalle celle fotovoltaiche tra loro connesse e un vetro temperato con la funzione di protezione meccanica trasparente per la superficie fotosensibile delle celle. Le terminazioni elettriche del modulo, vengono segregate in una morsettiera stagna, attraverso la quale avviene l’interconnessione elettrica tra i moduli costituenti l’impianto. I “sandwich” così ottenuti, possono essere contornati da un profilo metallico, la cui funzione è legata al fissaggio e corretto orientamento del modulo alle strutture di supporto.
Al convertitore statico, o inverter, vengono connesse le stringhe di moduli del campo fotovoltaico, mentre in uscita avviene il collegamento alla rete elettrica. L’inverter risulta fondamentale quindi perchè è un dispositivo capace di convertire la corrente continua generata dai pannelli in corrente alternata in corrente alternata a 230 V e 50 Hz.
L’inverter può essere di fatto considerato il “cervello” di un sistema fotovoltaico.
Oltre ad adattarsi alle variazioni di tensione determinate dalla variabilità delle condizioni di irraggiamento, gli inverter sono dotati di un dispositivo (detto Maximum Power Point Tracker o MPPT) in grado di “inseguire” il punto di massima potenza, che consente di massimizzare le prestazioni del campo fotovoltaico facendolo operare in ogni istante con valori di tensione e corrente ottimali.
Altre tipologie di inverter sono impiegate in situazioni e configurazioni particolari e numerosi altri sono in fase di studio e sviluppo.
Concettualmente si possono suddividere gli inverter in due grossi gruppi:
Inverter per impianti stand-alone
Erogano, in modo stabile e continuativo, adeguati valori di tensione e frequenza ai carichi collegati in uscita.
Inverter per il funzionamento in parallelo
Hanno la funzione di convertire l’energia elettrica prodotta dai moduli fotovoltaici, sottoforma di corrente continua (cc), in corrente alternata (ca), garantendone l’immissione sulla rete elettrica con la massima efficienza consentita e sincronizzando i parametri elettrici in uscita con quelli della rete. In caso di interruzione della fornitura di energia da parte della rete, viene inoltre garantito l’immediato distacco dell’inverter, in modo da non generare situazioni di pericolo.
Le batterie, o accumulatori, per il fotovoltaico sono sistemi che permettono di immagazzinare l’energia fotovoltaica prodotta dall’impianto per poterla poi utilizzare nei momenti in cui l’impianto non produce energia, come ad esempio alla sera o di notte.
Le batterie vengono collegate all’impianto fotovoltaico e governate tramite dispositivi di gestione e di controllo che stabiliscono in modo intelligente quando consumare o accumulare l’energia prodotta.
Durante la giornata l’impianto fotovoltaico produce energia elettrica sfruttando la luce del Sole. Parte dell’energia prodotta viene utilizzata, mentre un’altra parte viene accumulata nelle batterie. Nelle ore serali e notturne, quando i pannelli solari non producono più energia, è possibile utilizzare l’energia accumulata nelle batterie durante il giorno.
In sintesi le batterie per fotovoltaico consentono di accumulare e consumare in modo differito l’energia prodotta dall’impianto solare. Favoriscono quindi l’autoconsumo e l’autosufficienza energetica domestica, con conseguenti risparmi in bolletta.
La tipologia di batterie attualmente più utilizzate sono due:
- Batteria al piombo acido
- Batterie al litio / ioni
E’ importante evidenziare che questi accumulatori non vanno confusi con i gruppi di continuità o UPS, che invece mantengono costantemente alimentati gli apparecchi elettrici.
Si tratta sempre di batterie fotovoltaiche che si attivano solamente in situazioni di emergenza per evitare l’interruzione della corrente, garantendo la continuità dell’energia.