dalla sabbia al modulo - AEF

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LA SABBIA  - MATERIA PRIMA DEL FOTOVOLTAICO




Già dal 1839 il francese Becquerel notò che la luce generava nell'acqua delle reazioni chimiche che producevano corrente: l'effetto fotogalvanico.

Nel 1883 l'americano Charles Fritz produsse la prima cella solare di circa 30 cm quadrati a base di selenio.

Nel 1905 Einstein vinse il premio Nobel per la fisica per la sua teoria sull'effetto fotoelettrico

Nel 1963 la Sharp produsse il primo modulo fotovoltaico

Da allora di strada ne è stata fatta e la tecnologia è cambiata e si è rinnovata fino ad offrirci pannelli fotovoltaici ad alta efficienza che hanno come fonte primaria il silicio.




 Ecco come nasce e si crea un modulo fotovoltaico



La sabbia ecco da dove inizia la produzione  di un modulo fotovoltaico.
Il silicio è il materiale di partenza del nostro ciclo di produzione di energia solare, è il semiconduttore utilizzato nelle celle solari per produrre energia pulita - Il cosiddetto “effetto fotovoltaico”- Ricavato dalla sabbia, composta per la maggior parte da biossido di silicio, è il secondo elemento più abbondante sulla crosta terreste e pertanto disponibile in misura quasi illimitata.

Non è difficile reperirlo nel suo stato “grezzo” Ciò che serve, però, per renderlo adatto alle sue molteplici applicazioni in campo elettronico e tecnologico  è il suo processo di lavorazione (estrazione, raffinazione, ecc..), che ne determina il grado di “purezza”.






Nel secondo passaggio della produzione il silicio purissimo viene fuso a 1.410 gradi Celsius e risolidificato in blocchi, lavorati successivamente in lingotti con base di appoggio quadrata. Grazie alla moderna tecnologia di seghe a filo, dai lingotti vengono ricavate sottilissime lastre di silicio (i wafer) che dopo essere stati ripuliti costituiscono la base per la produzione di celle solari.



                                                           


Il terzo passaggio produttivo consiste nella trasformazione dei wafer in celle solari, componenti di base dei futuri moduli solari. Le celle dispongono già di tutte le caratteristiche tecniche necessarie per produrre l'energia sfruttando la luce solare. L'irradiazione luminosa consente la formazione, all'interno delle celle, dei portatori di carica positivi e negativi, attraverso i quali passerà l'energia elettrica (corrente continua).
Quando i wafer hanno una struttura cristallina omogenea il silicio si definisce monocristallino , quando invece la struttura non è omogenea ma organizzata i grani localmente ordinati il silicio si definisce policristallino.
La differenza sta nel fatto che:
  Silicio monocristallino: presentano efficienza dell'ordine del 18-21%. Sono tendenzialmente costose e, dato che i wafer vengono tagliati da lingotti cilindrici, è difficile ricoprire con essi superfici estese senza sprecare materiale o spazio.
  Silicio policristallino: celle più economiche, ma meno efficienti (15-17%), il cui vantaggio risiede nella facilità con cui è possibile tagliarle in forme adatte ad essere unite in moduli.


Il wafer viene poi ripulito eliminando le imperfezioni derivanti dal processo di segatura. Grazie a una procedura di diffusione del fosforo il wafer diviene una cella solare con proprietà conduttive. Dopo l'eliminazione del fosforo che si è depositato nella fase precedente , viene applicato uno strato antiriflesso  necessario per ridurre le perdite elettriche delle superfici. Verranno poi applicati anche i contatti sulle parti anteriore e posteriore in modo da crearvi un campo magnetico.
I moduli in silicio mono o poli-cristallini rappresentano la maggior parte del mercato; sono tecnologie costruttivamente simili e prevedono che ogni cella fotovoltaica sia cablata in superficie con una griglia di materiale conduttore che ne canalizzi gli elettroni. Ogni cella viene connessa alle altre mediante nastrini metallici, in modo da formare opportuni circuiti in serie e in parallelo.
Sopra una superficie posteriore di supporto, in genere realizzata in un materiale isolante con scarsa dilatazione termica, come il vetro temperato o un polimero come il tedlar, vengono appoggiati un sottile strato di acetato di vinile (spesso indicato con la sigla EVA), la matrice di moduli preconnessi mediante i già citati nastrini, un secondo strato di acetato e un materiale trasparente che funge da protezione meccanica anteriore per le celle fotovoltaiche, in genere vetro temperato. Dopo il procedimento di pressofusione, che trasforma l'EVA in collante inerte, le terminazioni elettriche dei nastrini vengono chiuse in una morsettiera stagna generalmente fissata alla superficie di sostegno posteriore, e il risultato ottenuto viene fissato ad una cornice in alluminio, che sarà utile al fissaggio del pannello alle strutture di sostegno atte a sostenerlo e orientarlo opportunamente verso il sole.






Più semplicemente: nei reparti produttivi dei moduli, le celle solari vengono accorpate fino a formare unità di dimensioni maggiori. In un primo momento le celle solari vengono sigillate in catene di celle (stringhe) che verranno poi unite in una matrice, (ad esempio di 60 celle) che verrà successivamente inserita in una sequenza di strati di vetro solare e tre pellicole, laminata in un forno sotto vuoto a 160 gradi Celsius. Tutto questo per formare un'unica unità resistente a qualsiasi condizione atmosferica, idrorepellente e a tenuta stagna.

I moduli verranno completati con una cornice e incapsulati per resistere a qualsiasi tipo di condizione atmosferica. I moduli solari sono il prodotto finale per utilizzo solare, pronto per la produzione di energia elettrica. All'interno dei moduli, infatti, la luce solare viene trasformata in energia elettrica. La corrente continua prodotta viene trasformata in corrente alternata da un alternatore per poter essere immessa nella rete pubblica oppure resta in casa per l'utilizzo diretto.






Ecco come nasce un modulo fotovoltaico


Il passaggio finale : assemblare i moduli fotovoltaici e creare un impianto che produca energia pulita sfruttando l'energia del sole 


 
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