I pannelli fotovoltaici convertono l'energia solare in energia elettrica; esposti a una radiazione luminosa si comportano come generatori in continua e possono alimentare dispositivi elettrici ed elettronici.

Ogni pannello e composto di più moduli a loro volta formati da più celle fotovoltaiche.

Le celle sono composte da:

• un materiale semiconduttore - in genere silicio - drogato in modo da formare una giunzione PN
• una griglia di alluminio sulla faccia esposta alla luce e uno strato di materiale conduttore sul retro, che costituiscono i contatti elettrici + e -
• uno o più strati di protezione, in plastica e/o vetro, con determinate proprietà elettriche (isolanti), meccaniche e termiche

Il funzionamento si basa sulle proprietà delle giunzioni a semiconduttore, dove due zone dello stesso materiale sono state drogate aggiungendo cariche positive (tipo P) o negative (tipo N). Le giunzioni PN sono alla base del funzionamento di tutti i componenti elettronici (diodi, transistor, ecc.); le celle fotovoltaiche presentano una singola giunzione dove le due zone hanno una grande superficie e un piccolo spessore, in modo da risultare trasparenti alla luce; il loro funzionamento somiglia a quello dei diodi (in particolare dei fotodiodi) ma con la corrente che scorre in verso contrario.

La luce - un tipo di radiazione elettromagnetica - trasporta l'energia sotto forma di fotoni; quando un fotone colpisce una giunzione PN una parte della sua energia è assorbita e usata per rompere un legame covalente e liberare cariche elettriche. Queste cariche permettono:

• la circolazione di una corrente inversa con la giunzione polarizzata inversamente (+ sul catodo); questa modalità è sfruttata nei fotodiodi, usati come fotorivelatori
• la circolazione di una corrente su un carico con una tensione positiva tra anodo e catodo; questo è il funzionamento da generatore sfruttato nei pannelli fotovoltaici

La figura seguente mostra la caratteristica tensione corrente di una giunzione PN non esposta alla luce e una colpita da una radiazione luminosa. L'effetto della radiazione è quello di spostare la caratteristica permettendo il funzionamento da generatore (zona in grigio).

Una cella fotovoltaica

La caratteristica tensione-corrente descrive il comportamento di una singola cella o di un modulo fotovoltaico. La curva riportata riprende a quella della giunzione PN nel quarto quadrante ribaltata per tenere conto del funzionamento da generatore. La caratteristica è una curva contiene tutti i possibili punti di funzionamento compresi tra due estremi, quello in cortocircuito - con tensione zero e corrente massima - e quello a vuoto, cioè senza carico, con corrente zero e tensione massima.

Il valore della tensione a vuoto di una cella è più o meno costante mentre quello della corrente di cortocircuito dipende dalla superficie della cella dall'intensità della radiazione luminosa che colpisce la cella (nel grafico sopra sono riportate due curve corrispondenti a una radiazione luminosa di 500 Watt per metro quadrato e 1000 Watt per metro quadrato).

FIMXE

• dipendenza da irraggiamento e temperatura
• caratteristica modulo
• dati modulo, condizioni standard, Watt picco e tensione maxp, posizionamento
• 3 tratti, uso V costante o MPPT
• con batteria ci vuole un diodo
• con convertitore DCDC MPPT
• irraggiamento dipende da: cond. atmosferiche (nuvolo, umidità, inquinam.), latitudine, periodo anno (ben fatto)
• efficienza dipende da: tecnologia, condizioni di irraggiamento, temperatura (ben fatto)

• 3 tecnologie, pro e contro