Non ci sono dubbi, il futuro sarà alimentato da pannelli fotovoltaici: la svolta green nella produzione di energia elettrica passerà necessariamente da questi ormai sempre più diffusi moduli solari, che campeggiano sui tetti e sulle facciate di edifici, industrie, centri commerciali e case private.
Il motivo? La straordinaria capacità dei loro componenti di sfruttare una delle risorse più copiosa e ubiquitaria che abbiamo: il sole.
Energia solare, fonte inesauribile di vita
L’energia solare, quella prodotta dalla radiazione proveniente dalla nostra stella, è la fonte più abbondante in natura che fornisce calore, luce e vita sulla terra. Essa viene metabolizzata dalle piante e arriva a tutti gli altri esseri viventi che si nutrono di vegetali sotto forma di energia chimica, in modo indiretto.
Grazie ai pannelli solari fotovoltaici, l’uomo è riuscito a sfruttare in modo diretto l’energia solare e a tradurla in energia elettrica.
Storia dei pannelli fotovoltaici
Nel 1839 il fisico francese Alexandre Edmond Bécquerel scoprì l’effetto foto-galvanico, a partire dallo studio di come le radiazioni solari interagissero con alcuni composti chimici. La prima cella solare vera e propria risale invece al 1883: Charles Fritz la costruì con il selenio e aveva un pessimo tasso di conversione.
Albert Einstein nel 1905 pubblicò i suoi studi sugli effetti fotoelettrici, e nel 1921 venne insignito del Nobel per la Fisica proprio per la scoperta dell’effetto fotovoltaico.
Anche se il potenziale di tale tecnologia fu immediatamente intuibile, i pannelli fotovoltaici vennero potenziati e sviluppati solo a partire dagli anni Cinquanta, in funzione per lo più della corsa allo spazio e alla messa in orbita dei satelliti. Il primo pannello solare per uso commerciale è del 1963, prodotto dalla giapponese Sharp.
Negli anni seguenti sono state le industria, le fabbriche e i grandi impianti di produzione a dare impulso all’uso del fotovoltaico, primariamente per abbattere i costi dell’energia elettrica consumata e per limitare le emissioni tossiche nell’ambientale dovuto allo sfruttamento di idrocarburi.
Cosa sono e come funzionano i pannelli solari
Il pannello fotovoltaico è composto da alcuni elementi semiconduttori, le celle fotovoltaiche, che, sollecitate dalla luce, sono in grado di trasformarla in energia elettrica. Tutto ciò è possibile grazie a un fenomeno naturale conosciuto come effetto fotovoltaico.
Ogni cella è costituita da silicio, materiale estremamente abbondante in natura, purificato e modellato in lamelle molto sottili, chiamate in gergo wafer, arricchito da atomi di diversi elementi che lo rendono un ottimo semiconduttore.
All’interno del pannello, grazie alla sovrapposizione di due strati di celle, uno a carica positiva e l’altro a carica negativa, si crea una differenza di potenziale, alimentata dai fotoni presenti nei raggi solari, che produce corrente elettrica continua.
Il flusso di elettroni viene poi convogliato in un inverter per far sì che la corrente diventi da continua ad alternata. Da qui passa prima in un trasformatore, per aumentarne la tensione, e successivamente in un contatore, che misura la quantità di corrente prodotta, ed è infine immessa nella rete elettrica.
Struttura dei pannelli fotovoltaici
Le celle fotovoltaiche sono assemblate in quelli che possono essere chiamati fogli, lastre o ancor meglio moduli solari, piani e flessibili, inseriti all’interno di una struttura molto semplice.
Su un pannello di materiale scuro viene steso un film termoplastico su cui poggiano le celle saldate insieme, protette da una seconda pellicola al di sopra della quale si poggia un vetro o un plexiglass piuttosto sottile. Chiude tutto una cornice che si aggancia al telaio di metallo. Dietro al pannello così ottenuto si colloca una scatola di giunzione con l’impianto elettrico.
Come scegliere i pannelli fotovoltaici
La qualità di un pannello solare è determinata dai materiali utilizzati e dalla garanzia delle componentistiche, a seconda dei quali è calcolabile il calo di rendimento nel tempo.
Di solito un buon pannello fotovoltaico garantisce una resa che non scenda al di sotto del 90% per 25 anni dal momento dell’installazione.
Va inoltre verificato quale siano i termini di resistenza al carico statico, alle sollecitazioni dovute al vento, alla corrosione dovuta alle precipitazioni saline e al fuoco.
Un altro aspetto da tenere in considerazione quando si scelgono i pannelli fotovoltaici è la tolleranza di potenza che deve essere sempre e solo positiva.
Allo stesso modo bisogna fare attenzione anche ai coefficienti di resa in base alla temperatura, che valutano lo scarto tra quantità di radiazione ricevuta e capacità di assorbimento e trasformazione in energia elettrica a seconda della temperatura cui è sottoposto il pannello. I coefficienti, perché la struttura sia efficiente e di qualità,devono tenersi il più possibile vicini allo zero. Un pannello solare, a differenza di quanto si possa pensare, lavora meglio a una temperatura di 25°C, al di sopra della quale rende meno, ma alle nostre latitudini si raggiungono temperature ben più alte, o più basse, di tale soglia.
Pannelli fotovoltaici dimensioni
Dal momento che i pannelli fotovoltaici sono costituiti da moduli assemblabili, la loro dimensione cambia a seconda delle necessità di potenza richiesta, di spazio di installazione e di consumo di energia.
Ogni utenza, dunque, abbisogna di un impianto su misura per evitare di sovra o sottodimensionare la struttura e incorrere così nella perdita dei vantaggi della sua installazione.
Si può tuttavia calcolare che per ogni kW di potenza nominale servono tra i 6 e i 10 metri quadrati di superficie da coprire con i pannelli, ognuno dei quali alto 1,5 metri e largo 1 metro.
Molte aziende offrono dei kit pannelli fotovoltaici, comprensivi di moduli, inverter e batterie di accumulo, adattabili alle esigenze dell’utente.
Quanto produce un impianto fotovoltaico in termini di energia elettrica?
I pannelli solari fotovoltaici non hanno una resa costante durante l’anno perché, a seconda della latitudine dove si trovano e dell’esposizione con cui sono installati, la luce solare che li alimenta cambia di stagione in stagione. Un impianto con una potenza nominale di 3 kW sarà in grado di restituirne altrettanti in energia elettrica solo durante i mesi estivi, mentre in quelli invernali saranno sicuramente meno.
Per fare una stima di quanto produca un impianto fotovoltaico bisognerà quindi calcolare l’effettivo rendimento nell’arco di un anno, ragionando in termini di kWh – kiloWatt ora – e non solo di kW: questa differenza è sostanziale per comprendere l’effettivo risparmio finale.
Una volta evinto il consumo annuo da soddisfare, sarà sufficiente far dimensionare opportunamente l’impianto con un’analisti clivometrica, per risparmiare dal 65% al 92% sulla bolletta della corrente elettrica.
Quanto costa mediamente un impianto solare fotovoltaico?
Il prezzo di un impianto fotovoltaico dipende dal tipo di installazione, dalle difficoltà del cantiere di messa in posa dei pannelli, dal prodotto che si decide di utilizzare: la qualità e la tipologia della tecnologia impiegata incidono notevolmente sul costo totale dell’impianto.
Fatta questa premessa, si può ipotizzare che per un impianto da 3kW si debbano spendere tra i 4.500€ e i 6.000€, senza considerare eventuali incentivi che abbattono notevolmente il prezzo finale.
Incentivi statali e pannelli solari fotovoltaici
Numerose sono le agevolazioni statali per l’impianto fotovoltaico, che variano a seconda dell’impiego a cui è destinato e al profilo fiscale di chi lo installa.
Per i privati cittadini, ad esempio, sono previsti:
- lo scambio sul posto dell’energia elettrica, un tipo di contratto che si stipula con il Gestore Servizi Energetici,
- la detrazione fiscale per l’implementazione dell’impianto,
- lo sconto in fattura,
- le comunità energetiche rinnovabili, una sorta di associazioni di cittadini, aziende e negozi che si dotano di un impianto condiviso,
- i certificati bianchi o Titoli di Efficienza Energetica che incentivano la produzione di energia da fonti rinnovabili ed eco sostenibili
Per le imprese, invece esistono:
- il super ammortamento, un incentivo al 130%
- il credito d’imposta al 6% per spese oltre una certa cifra,
- le comunità energetiche
Per tutti dal 2020 è poi possibile inserire l’installazione di un impianto a pannelli solari fotovoltaici tra i lavori trainati dal Superbonus 110%.
Perché scegliere i pannelli fotovoltaici: i vantaggi
Come abbiamo visto la scelta di installare un impianto fotovoltaico risponde a esigenze di risparmio, miglioramento della qualità di vita e rispetto per l’ambiente. Ecco quindi, per riassumere, tutti i vantaggi:
- beneficiano di una fonte inesauribile di energia, il sole
- producono energia elettrica da consumare direttamente in loco, senza dover ricorrere a forniture esterne
- si può commutare o vendere l’eccedenza di energia elettrica prodotta al gestore della rete elettrica
- non producono scorie
- hanno bisogno di scarsa manutenzione: affinché l’efficienza dei pannelli elettrici sia massima e garantita, bisogna avere cura che siano sempre puliti, ma le nuove tecnologie autopulenti riducono al minimo la manodopera necessaria.
