ENERGIA SOLARE IRRAGGIAMENTO ALBEDO RADIAZIONE

Sezione tecnica: L'energia solare

L'energia solare é creata dalla fusione degli atomi di idrogeno in atomi di elio presenti nel Sole.
L'energia trasmessa a tutto il sistema solare é costante e, al di fuori dell'atmosfera terrestre, ha un valore compreso fra i 1325 e 1417 W/m².

L'energia solare al di fuori dell'atmosfera terrestre ha una sua distribuzione in funzione della lunghezza d'onda simile alla distribuzione del "corpo nero" (come in figura qui sopra) ed ha un assorbimento di frequenze selettivo.
Questo é il motivo per cui nei test dei moduli fotovoltaici si usa una Air Mass di 1,5.
L'energia solare che arriva sulla superficie terrestre, per le nostre latitudini (provincia di Bergamo, Brescia, Monza, Milano e Lecco) ed in condizioni ottimali, é al massimo di circa 1000 W/m² perché una parte di essa é assorbita dall'atmosfera.
I circa 1000 W/m² di energia solare che arriva sui tetti é composta da tre fasi, come si vede in figura sotto:
- radiazione diretta che é quella che arriva con il percorso più breve senza deviazioni da parte dell'atmosfera terrestre;
- radiazione diffusa che invece subisce rifrazioni da parte della stessa atmosfera;
- radiazione riflessa, anche chiamato "albedo" che, oltre ad essere rifratta dall'atmosfera viene riflessa dal suolo prima di arrivare sull'impianto fotovoltaico. Questa energia, che sarà di natura fotovoltaica, è gratis!
Questa energia solare puó esser trasformata direttamente in energia elettrica fotovoltaica tramite un fenomeno fisico di interazione fra la radiazione solare e dei materiali semiconduttori, chiamato effetto fotoelettrico.

L'effetto fotoelettrico é un fenomeno fisico di proprietá dei semiconduttori, spesso Silicio, che permette l'elevazione energetica di un elettrone di valenza in uno di conduzione, premessa per cui puó essere creato un campo elettrico.
"Drogando" in modo appropriato il Silicio, il campo elettrico creato diventa permanente, per cui esiste la produzione elettrica di natura fotovoltaica.
La conversione dell'energia solare in energia elettrica avviene quindi in un dispositivo chiamato cella fotovoltaica, sottile strato di materiale, spesso Silicio, componente principale degli impianti fotovoltaici.
Le celle fotovoltaiche sono collegate in serie/parallelo all'interno dei moduli fotovoltaici, i quali sono collegati in serie per generare le stringhe di campo le quali, a loro volta collegate in parallelo, costituiscono il campo fotovoltaico.
I materiali che sfruttano l'effetto fotoelettrico sono diversi e ne citiamo solo 3 che costituiscono oltre il 99% degli impianti fotovoltaici: silicio, che si presenta in tre forme solide (monocristallino, policristallino ed amorfo); CdTe (Cadmio Telloruro); CIS o CIGS (Rame Indio eventuale Gallio, Solfuro).
La maggior parte degli impianti fotovoltaici vengono realizzati usando come materiale di base il Silicio policristallino, in percentuale sicuramente minoritaria il Silicio monocristallino oppure amorfo (anche chiamato film sottile), mentre materiali diversi dal Silicio rimangono ad uno stadio di ricerca avanzata ed applicata oppure applicati raramente in impianti fotovoltaici di produzione.
La principale caratteristica degli impianti fotovoltaici é la resa energetica relativamente bassa, nei migliori casi attorno al 18-22%, perché ha un suo limite intrinseco della tecnologia che é di poco superiore al 49%.

In particolar modo, il materiale fotovoltaico piú usato, il silicio policristallino, ha una resa approssimativamente attorno al 14-16%, mentre i materiale fotovoltaici un pó meno usati, come il silicio monocristallino ed amorfo, si attestano rispettivamente al 20-22% e meno del 10%. Questo cosa significa in termini energetici? Che seppure l'energia solare ha una potenza specifica elevata, ció che si estrae é di circa 100-200 W/m² in funzione delle varie tecnologie.
Quindi quanti metri quadri serviranno per fare un impianto fotovoltaico classico da 3kWp?