La tecnologia fotovoltaica permette di trasformare direttamente l'energia del sole in energia elettrica, sfruttando un fenomeno fisico, noto come effetto fotovoltaico, in strutture elementari chiamate celle fotovoltaiche. Queste sono realizzate con materiali semiconduttori, fra i quali è molto usato il silicio, simili a quelli utilizzati nei componenti elettronici.

La luce solare è composta di particelle di energia, i fotoni. Quando i fotoni colpiscono una cella fotovoltaica, una parte di energia è assorbita dal materiale ed alcuni elettroni, scalzati dalla posizione che occupano nella struttura atomica, scorrono attraverso il materiale semiconduttore, opportunamente trattato, producendo una corrente che può essere raccolta sulle superfici della cella.

• Dalla cella al sistema
• La tecnologia disponibile: silicio cristallino e film sottile
• Le applicazioni del sistema fotovoltaico

Dalla cella al sistema

La cella costituisce dunque il dispositivo elementare alla base di ogni sistema fotovoltaico per la produzione di elettricità.
La singola cella, di dimensioni intorno ai dieci centimetri, può produrre una potenza da uno a due watt, che risulta insufficiente per applicazioni pratiche.

Per accrescerne la portata, più celle sono collegate tra di loro in maniera da costituire un modulo, la cui potenza può variare tra i 50 e i 100 watt.
Un modulo fotovoltaico da 50 watt è sufficiente per alimentare tre o quattro lampade a basso consumo, una radio o un piccolo televisore per alcune ore al giorno.

Si tratta di una modesta quantità di energia, che può rappresentare però un importante miglioramento della qualità della vita per centinaia di milioni di persone attualmente non collegate alla rete elettrica e con ridotte possibilità di esserlo nei prossimi decenni.
Analogamente, più moduli possono essere elettricamente collegati per formare un pannello, più pannelli costituiscono una stringa e così via, fino a realizzare sottocampi e campi di una centrale elettrica multimegawatt. La modularità e la staticità dei componenti rappresentano due importanti caratteristiche della tecnologia fotovoltaica, che si traducono in elevata flessibilità e affidabilità delle applicazioni finali.

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La tecnologia disponibile: silicio cristallino e film sottile

Le due principali tecnologie oggi disponibili per la produzione commerciale di celle fotovoltaiche sono quella basata sul silicio cristallino (mono o poli) e quella delle celle a film sottile.
Nella prima, le celle sono ottenute attraverso il taglio di un singolo cristallo di silicio o di un lingotto policristallino dello stesso materiale.
Nella seconda, uno strato di silicio amorfo è deposto su una lastra di vetro o metallo sottile che agisce da supporto.

Le prestazioni di un sistema fotovoltaico sono misurate dalla sua capacità di convertire in elettricità l'energia incidente del sole.
L'efficienza dei moduli attualmente in commercio si attesta intorno al 15%, con valori piu' elevati per la tecnologia del silicio cristallino.
Per completare un sistema fotovoltaico, oltre ai moduli sono necessari altri componenti: struttura portante, inverter, sistemi di controllo e regolazione, cavi e sistemi di accumulo, in caso di impianti non collegati alla rete.

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Le applicazioni del sistema fotovoltaico

I sistemi fotovoltaici possono essere impiegati all'interno di impianti non collegati alla rete elettrica oppure in impianti collegati alla rete elettrica.
Nel primo caso sono utilizzati per alimentare apparecchiature o abitazioni che si trovano in luoghi remoti e difficilmente accessibili o in aree rurali non elettrificate, e comprendono tra l'altro applicazioni come l'alimentazione di pompe per pompaggio acqua, l'alimentazione di impianti di comunicazione e segnalazione, l'illuminazione residenziale e altri fabbisogni elettrici di abitazioni o comunità isolate.
Gli impianti fotovoltaici collegati alla rete elettrica comprendono invece applicazioni che vanno dai pochi chilowatt dei sistemi integrati nelle strutture abitative alle centrali multimegawatt.

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