Cella fotovoltaica: cos’è e come si utilizza?

La cella fotovoltaica, nota anche come cella solare, è un componente in grado di convertire l’energia solare in energia elettrica attraverso l’effetto noto come effetto fotoelettrico.

La cella fotovoltaica è l’elemento base dei moduli fotovoltaici: ovvero un insieme di celle solari (dette una serie) formano il pannello fotovoltaico che comunemente si utilizza negli impianti fotovoltaici per catturare l’energia del sole e convertirla in energia elettrica.

Come è fatta una cella fotovoltaica?

Esistono diversi tipi di celle solari di diverse dimensioni e materiali, tuttavia la più diffusa è di silicio cristallino formata da una lamina sottile di silicio che è un semiconduttore. Il colore della cella solare può essere nero o blu scuro e le sue dimensioni variano da 4 a sei pollici (da 10 a 15 cm) per lato per uno spessore di 0,20 – 0,35 mm.

Volendo fare un esempio si potrebbe dire che una cella solare di 12×12 cm con un irraggiamento solare di 1000 w/m² (a una temperatura di circa 25 gradi) è in grado di generare una corrente di 4 Ampere e una tensione di 0,5 Volt, che corrispondono ad una potenza di 1,5 – 2 Wp.

Visto che le prestazioni di una cella fotovoltaica variano con il variare di diversi aspetti si è deciso di definire uno standard con un’ipotetica condizione di una temperatura di 25 gradi, radiazione di 1.000 w/mq e in condizioni di AM 1,5 : da questa condizione standard nasce il Watt di picco (WP) che è la potenza che la cella fotovoltaica erogherebbe se fosse in questa condizione. Questo non significa che il Watt di picco sia la massima energia producibile dalla cella, è solo l’energia che la cella produrrebbe in quella determinata condizione di temperatura, irraggiamento e posizione solare.

I processi chimici che consentono la conversione dell’energia da solare ad elettrica sono detti “drogaggi”: se nella struttura cristallina del silicio si immettono degli elementi come atomi di boro e di fosforo, si riesce a generare un campo elettrico e di conseguenza corrente elettrica. Questo è ciò che succede quando la cella è esposta alla luce del sole. Per questo motivo l’energia prodotta dipende dal tipo di materiale che compone la cella che può convertire una percentuale di luce solare che va generalmente dal 13 al 20% della luce del sole che la colpisce.

La produzione di energia con questo sistema non ha scarti né emissioni: le celle fotovoltaiche sono generalmente utilizzate per la realizzazione di moduli fotovoltaici impiegati in impianti, privati e industriali, che producono quindi energia elettrica in modo pulito ed ecocompatibile. Oltre a questo utilizzo però, alcuni tipi di celle solari possono essere utilizzate per alimentare piccoli congegni elettronici come calcolatrici ed orologi. Anche in questo caso il funzionamento è simile al primo: quando le radiazioni solari colpiscono la cella questa le cattura e le converte in energia utilizzabile dal dispositivo.

Nei moduli le celle solari sono collegate in serie per produrre una tensione maggiore; questo comporta un mancato controllo sulla cella singola ma un controllo sul modulo per intero ed una maggior produzione di energia elettrica.

Da cosa è formata la cella fotovoltaica?

La maggior parte di celle solari sono composte da silicio cristallino, tuttavia esistono anche le celle solari prodotte con altri materiali come il silicio amorfo o leghe come cadmio-indio-gallio-selenio o telloruro di cadmio utilizzati nei moduli a Film Sottile (Thin Film). La differenza è che mentre nel primo caso vi è una struttura cristallina alla base dell’elemento, nel secondo vi è una deposizione di materiale sulla superficie del modulo. Questo genere di cella solare è generalmente utilizzata per piccoli dispositivi come orologi e calcolatrici o per progetti in cui è prevista la possibilità di utilizzare moduli a bassa efficienza.

I pannelli a film sottile infatti pur avendo una resa inferiore sono in grado di lavorare meglio in alcune condizioni operative come impianti in condizioni di temperature molto alte.