{"id":34440,"date":"2026-02-28T07:13:42","date_gmt":"2026-02-28T01:43:42","guid":{"rendered":"http:\/\/microtexindia.com\/impianto-solare-fotovoltaico\/"},"modified":"2021-12-22T07:12:11","modified_gmt":"2021-12-22T01:42:11","slug":"impianto-solare-fotovoltaico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/microtexindia.com\/it\/impianto-solare-fotovoltaico\/","title":{"rendered":"Cos’\u00e8 un sistema solare fotovoltaico?"},"content":{"rendered":"\t\t
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Come funziona il sistema solare fotovoltaico?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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La grande grandezza dell’energia termica del Sole lo rende una fonte di energia molto attraente. Questa energia pu\u00f2 essere convertita direttamente in elettricit\u00e0 in corrente continua e in energia termica. L’energia solare \u00e8 una fonte di energia rinnovabile pulita, abbondante e inesauribile disponibile sulla terra. I pannelli solari o i sistemi solari fotovoltaici con pannelli (pannelli SPV) sono disposti sui tetti o nelle fattorie solari in modo tale che la radiazione solare cada sui pannelli solari fotovoltaici per facilitare una reazione che converte la radiazione luminosa del sole in elettricit\u00e0.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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L’energia solare pu\u00f2 essere usata per alimentare un singolo edificio o pu\u00f2 essere usata su scala industriale. Quando \u00e8 usata su piccola scala, l’elettricit\u00e0 extra pu\u00f2 essere immagazzinata in una batteria o immessa nella rete elettrica. L’energia solare <\/a>\u00e8 illimitata e l’unico limite \u00e8 la nostra capacit\u00e0 di convertirla in elettricit\u00e0 in modo redditizio. Piccoli pannelli solari fotovoltaici alimentano calcolatrici, giocattoli e cabine telefoniche.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Definizione di sistema solare fotovoltaico<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Un sistema solare fotovoltaico converte l’energia solare in energia elettrica proprio come una batteria converte l’energia chimica in energia elettrica o un motore automobilistico converte l’energia chimica in energia meccanica o un motore elettrico (in un veicolo elettrico<\/a>, EV) converte l’energia elettrica in energia meccanica. Una cella SPV converte l’energia solare in energia elettrica. Una cella solare non produce elettricit\u00e0 usando il calore del sole, ma i raggi di luce incidente interagiscono con i materiali semiconduttori per produrre elettricit\u00e0.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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L’elettricit\u00e0 pu\u00f2 essere definita come il flusso di elettroni. Come fanno i sistemi solari fotovoltaici a creare questo flusso? In generale, \u00e8 necessario fornire energia per spostare gli elettroni dal nucleo degli atomi. Gli elettroni di valenza (cio\u00e8 quelli nel guscio esterno dell’atomo) hanno i livelli di energia pi\u00f9 alti degli elettroni che sono ancora legati ai loro atomi genitori, (poich\u00e9 sono lontani dal nucleo, rispetto agli elettroni nel guscio interno). Per rimuovere completamente un elettrone dall’atomo \u00e8 necessaria un’energia supplementare, quindi gli elettroni liberi hanno livelli energetici pi\u00f9 alti degli elettroni di valenza.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La figura qui sopra raffigura un diagramma a bande di energia, che mostra due livelli di energia, una banda di valenza e una banda di conduzione. Gli elettroni di valenza si trovano nella banda di valenza e gli elettroni liberi nella banda di conduzione superiore. Nei semiconduttori, c’\u00e8 una lacuna tra le bande di valenza e di conduzione. Quindi \u00e8 necessario fornire energia affinch\u00e9 gli elettroni di valenza vadano nella banda di conduzione. Ci\u00f2 significa che si deve fornire energia per rimuovere gli elettroni di valenza dai loro atomi genitori per diventare elettroni liberi.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Cosa sono i sistemi solari fotovoltaici?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Quando il silicio puro si trova alla temperatura di 0 K (0 gradi Kelvin \u00e8 – 273\u00b0C), tutte le posizioni nei gusci elettronici esterni sono occupate, a causa dei legami covalenti tra gli atomi e non ci sono elettroni liberi. Quindi la banda di valenza \u00e8 completamente piena e la banda di conduzione \u00e8 completamente vuota. Anche se gli elettroni di valenza hanno l’energia pi\u00f9 alta, richiedono la minore energia per essere rimossi dall’atomo (energia di ionizzazione). Questo pu\u00f2 essere illustrato con un esempio di un atomo di piombo. Qui l’energia di ionizzazione (di un atomo gassoso) di rimozione del primo elettrone \u00e8 716 kJ\/mol e quella richiesta per il secondo elettrone \u00e8 1450 kJ\/mol. I valori equivalenti per Si sono 786 e 1577 kJ\/mol.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Ogni elettrone che si sposta verso la banda di conduzione lascia un posto libero(chiamato buco)<\/strong> nel legame di valenza. Questo processo \u00e8 chiamato generazione di coppia elettrone-hole<\/strong>. Un buco in un cristallo di silicio pu\u00f2, come un elettrone libero, muoversi nel cristallo. Il modo in cui il buco si muove \u00e8 il seguente: Un elettrone da un legame vicino a un buco pu\u00f2 facilmente saltare nel buco, lasciandosi dietro un legame incompleto, cio\u00e8 un nuovo buco. Questo accade velocemente e frequentemente: gli elettroni dei legami vicini cambiano posizione con i buchi, inviando buchi in modo casuale ed erratico in tutto il solido; pi\u00f9 alta \u00e8 la temperatura del materiale, pi\u00f9 gli elettroni e i buchi sono agitati e pi\u00f9 si muovono.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La generazione di elettroni e buchi da parte della luce \u00e8 il processo centrale nell’effetto fotovoltaico complessivo, ma non produce di per s\u00e9 una corrente. Se non ci fosse un altro meccanismo coinvolto in una cella solare, gli elettroni e i buchi generati dalla luce vagherebbero nel cristallo in modo casuale per un certo tempo e poi perderebbero la loro energia termicamente tornando alle posizioni di valenza. Per sfruttare gli elettroni e i buchi per produrre una forza elettrica e una corrente, \u00e8 necessario un altro meccanismo – una barriera “potenziale” incorporata. Una cella fotovoltaica ha due sottili wafer<\/strong> di silicio uniti insieme e attaccati a fili di metallo<\/strong>.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Durante la fabbricazione dei lingotti, il silicio viene pre-drogato<\/strong> prima del taglio e della spedizione. Il doping non \u00e8 altro che l’aggiunta di impurit\u00e0<\/strong> nel wafer di silicio cristallino per renderlo elettricamente conduttivo. Il silicio ha 4 elettroni nel guscio esterno. Questi<\/strong> materiali di drogaggio positivo (p-type)<\/strong> sono invariabilmente il boro, che ha 3 elettroni (trivalente) \u00e8 chiamato portatore positivo (Accettore) Dopante.<\/strong> L’agente di drogaggio negativo (di tipo n)<\/strong> \u00e8 il fosforo<\/strong>, che ha 5 elettroni (pentavalente) \u00e8 chiamato l’agente di drogaggio<\/strong>a portatore negativo (donatore)<\/strong><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Una cella fotovoltaica contiene uno strato barriera<\/strong> che \u00e8 costituito da cariche elettriche opposte che si fronteggiano su entrambi i lati di una linea di demarcazione. Questa barriera di potenziale separa selettivamente gli elettroni e i buchi generati dalla luce, inviando pi\u00f9 elettroni a un lato della cella e pi\u00f9 buchi all’altro. Cos\u00ec separati, gli elettroni e i buchi hanno meno probabilit\u00e0 di ricongiungersi e di perdere la loro energia elettrica. Questa separazione di carica crea una differenza di tensione tra le due estremit\u00e0 della cella, che pu\u00f2 essere utilizzata per guidare una corrente elettrica in un circuito esterno.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Quando una cella fotovoltaica \u00e8 esposta alla luce del sole, i fasci di energia luminosa conosciuti come fotoni possono far uscire alcuni degli elettroni dallo strato P inferiore dalle loro orbite attraverso il campo elettrico istituito alla giunzione P-N e nello strato N. Lo strato N, con il suo surplus di elettroni, sviluppa un flusso di un eccesso di elettroni, che produce una forza elettrica per spingere via gli elettroni supplementari. Questi elettroni in eccesso, a loro volta, sono spinti nel filo metallico verso lo strato P inferiore, che ha perso alcuni dei suoi elettroni. Cos\u00ec la corrente elettrica continuer\u00e0 a scorrere fino a quando i raggi del sole saranno incidenti sui pannelli.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Il sistema solare fotovoltaico pu\u00f2 essere solo leggermente efficiente dal punto di vista energetico<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Le celle del sistema solare fotovoltaico di oggi convertono solo circa il 10-14% dell’energia radiante in energia elettrica. Le centrali a combustibile fossile, invece, convertono dal 30-40 per cento dell’energia chimica del loro combustibile in energia elettrica. L’ efficienza di conversione delle fonti di energia elettrochimiche \u00e8 molto pi\u00f9 alta, fino al 90-95%<\/strong>.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Cos'\u00e8 l'efficienza di conversione del sistema solare fotovoltaico? <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Efficienza di un dispositivo = Energia utile in uscita \/ Energia in entrata<\/p>\n

Nel caso del sistema solare fotovoltaico l’efficienza \u00e8 di circa il 15%, il che significa che se abbiamo una superficie di cella di 1m2<\/sup> per ogni 100 W\/m2<\/sup> di radiazione incidente, solo 15 W sarebbero consegnati al circuito. <\/p>\n

Efficienza della cella SPV = 15 W\/m2\/<\/sup> 100 W\/m2<\/sup> = 15 %.<\/p>\n

Nel caso delle batterie al piombo-acido possiamo distinguere due tipi di efficienza, l’efficienza coulombiana (o Ah o ampere-ora) e l’efficienza energetica (o Wh o watt ora). Durante un processo di carica che converte l’energia elettrica in energia chimica, l’efficienza Ah \u00e8 circa il 90% e l’efficienza energetica \u00e8 circa il 75%. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Principio di funzionamento del sistema solare fotovoltaico<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Fabbricazione di celle per sistemi solari fotovoltaici<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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La materia prima \u00e8 il secondo quarzo pi\u00f9 abbondantemente disponibile (sabbia). Il quarzo \u00e8 un minerale ampiamente distribuito. Ha molte variet\u00e0 che consistono principalmente di silice o biossido di silicio (SiO2) con piccole frazioni di impurit\u00e0 come litio, sodio, potassio e titanio.
Il processo di fabbricazione di una cella solare da un wafer di silicio coinvolge tre tipi di industrie
a.) Industrie che producono celle solari dal quarzo
b.) Industrie che producono wafer di silicio da quarzo e
c.) Industrie che producono celle solari da wafer di silicio<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Come sono fatti i wafer di silicio nel sistema solare fotovoltaico?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Come primo passo, il silicio puro<\/strong> viene prodotto per riduzione e purificazione<\/strong> del biossido di silicio impuro nel quarzo. Processo Czochralski (Cz):<\/strong> L’industria fotovoltaica utilizza attualmente due percorsi primari per la conversione di materie prime di polisilicio in wafer finiti: il percorso monocristallino utilizzando il processo Czochralski (Cz), e il percorso multicristallino utilizzando il processo di solidificazione direzionale (DS)<\/strong>. Le differenze principali tra questi due approcci riguardano il modo in cui il polisilicio viene fuso, come viene formato in un lingotto, la dimensione del lingotto e come i lingotti vengono modellati in mattoni per il taglio dei wafer<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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