Il solare termico – aspetti tecnici
I collettori termici possono essere a circolazione naturale o forzata; i primi utilizzano del liquido contenuto nei pannelli per consentirne la circolazione all'interno del sistema pannello di calore. In questo caso il serbatoio di accumulo che contiene lo scambiatore di calore deve trovarsi più in alto del pannello.
I secondi utilizzano una pompa che fa circolare il fluido all'interno di scambiatore e pannello quando la temperatura del fluido all'interno del pannello è più alta di quella all'interno del serbatoio di accumulo, che, in questo caso, si trova più in basso dei pannelli
Per saperne di più sul solare termico: www.assolterm.it
Il solare fotovoltaico – aspetti tecnici
I pannelli fotovoltaici sono composti da più moduli diversamente assemblabili.
Per ottenere l'effetto fotovoltaico è possibile utilizzare molteplici materiali con qualità di semiconduttori: silicio (cristallino o amorfo), CiS (diseleniuro di Rame e Indio), tellururo di cadmio, arseniuro di gallio, ecc… La ricerca in questo campo è continua e presenta sempre nuove possibilità.
Ad oggi i moduli fotovoltaici usualmente utilizzati sono in silicio, in particolare silicio cristallino, hanno dimensioni variabili da 0,5 m² a 2,5 m², e sono costituiti da 48-72 "celle fotovoltaiche" in serie, collegate e saldate tra loro.
Oltre al pannello elemento fondamentale di un impianto fotovoltaico sono gli inverter, apparecchi che hanno il compito di trasformare la corrente continua prodotta nella corrente alternata in uso sulla rete elettrica.
Il silicio mono o policristallino assicura rendimenti di circa il 15%. Ciò comporta che per una potenza nominale di 1 kW sono necessari da 6 a 8 mq di moduli.
Il modulo ha una vita utile anche fino a 30 anni anche se si presenta un calo di rendimento nel tempo (circa 1% annuo).
L'alternativa più diffusa al silicio cristallino è attualmente il silicio amorfo (pannelli solari a Film Sottile).
Con l'amorfo, in realtà, non si può parlare di celle, in quanto si tratta di deposizioni di silicio (appunto allo stato amorfo) su superfici che possono anche essere ampie.
Il silicio amorfo ha rendimenti inferiori al cristallino (circa la metà) e ha maggiori problemi di perdita di potenza nel tempo. Presenta però anche costi di produzione inferiori
Vi sono tecniche già sperimentate per aumentare la producibilità dei sistemi fotovoltaici.
- Gli inseguitori solari sono dispositivi meccanici che automaticamente orientano un pannello nella migliore posizione di captazione dei raggi solari.
- E' stata utilizzata una tecnologia produttiva (eterogiunzione) per accoppiare strati di silicio amorfo col silicio cristallino , con un aumento dei rendimenti e della stabilità del semplice amorfo.
- Sono state realizzate celle a multi giunzione, in cui sono accoppiati vari materiali semiconduttori e si riesce così ad utilizzare gran parte dello spettro solare. Si ottengono in questo modo celle dal rendimento (fino ad ieri inarrivabile) del 30-40%, purtroppo ancora molto costose.
- Le celle fotovoltaiche a multi giunzione possono trovare però impiego negli impianti fotovoltaici a concentrazione, ovvero moduli particolari (solitamente montati su un inseguitore solare) in cui la luce solare è concentrata attraverso sistemi ottici (lenti o specchi), su una ristretta quantità di celle fotovoltaiche ad alta efficienza.
La realizzazione della cella fotovoltaica in silicio cristallino
Fra silicio monocristallino e policristallino le differenze maggiori si hanno nella formazione della fetta di silicio, denominata "wafer", che è la struttura principale sulla quale verranno eseguiti diversi trattamenti che porteranno alla creazione della vera e propria cella.
Il wafer di silicio monocristallino si produce con il metodo Czochralsky , basato sulla cristallizzazione che si origina immergendo un "seme" di materiale molto puro nel silicio liquido.
Il wafer di silicio policristallino si origina invece dalla fusione e successiva ricristallizzazione del silicio di scarto dell'industria elettronica ("scraps" di silicio).Da questa fusione si ottiene un "pane" che viene tagliato verticalmente in lingotti e poi orizzontalmente in fette (wafer con forma di parallelepipedo.
Perché il wafer diventi una vera e propria cella fotovoltaica, occorre (sia per il mono che per il multicristallo) :
- "pulirlo" mediante un attacco in soda ;
- introdurre nel materiale atomi di fosforo;
- dopo aver applicato un sottile strato di antiriflesso (biossido di titanio, TiO2), si realizzano, per serigrafia o elettrodeposizione, i contatti elettrici anteriori (una griglia metallica che raccoglierà le cariche elettriche) e posteriori (una superficie continua, sempre metallica).
Problemi e vantaggi
Gli impianti solari, e in particolare quelle con tecnologia fotovoltaica, devono far fronte alla non continua presenza ( o "aleatorietà") della fonte energetica: infatti essa dipende dalla posizione del sole come dalle condizioni atmosferiche. Per lo stesso motivo la fonte solare viene definita "non programmabile".
Altro problema è quello relativo alle grandi superfici necessarie rispetto ad altri tipi di impianti, a parità di produzione.
Tuttavia sono notevoli anche i lati positivi di questa fonte di energia:
- non ci sono emissioni inquinanti o di gas serra, fatto salvo quelle (estremamente basse) relative al processo di produzione dei moduli;
- non occorre trasportare né preprocessare combustibili;
- la fonte energetica è assicurata per miliardi di anni e gratuita, mentre i prezzi di combustibili fossili e uranio sono presumibilmente destinati ad un andamento crescente col ridursi delle riserve totali e il progressivo esaurimento di quelle economicamente e tecnicamente più convenienti da sfruttare;
- lo sfruttamento dell'energia solare è libero, non intermediato e prescinde dalla stabilità delle relazioni internazionali;
- non si producono come nel caso del nucleare scorie per il cui smaltimento non sono disponibili siti adatti;
- l'impianto è intrinsecamente innocuo per gli abitanti nei dintorni, né si presta a attentati terroristici per la natura "diffusa" e "scalabile" della modalità di produzione.
Per saperne di più sugli impianti solari: it.wikipedia.org/wiki/Energia_solare