La tecnologia di raccolta dell'energia solare è stata per molto tempo un elemento basilare delle energie rinnovabili e dell'elettricità off-grid. Per generare energia, essa non richiede parti in movimento, la costruzione di dighe sui fiumi o lo sfruttamento di combustibili fossili. L'energia solare, infatti, utilizza delle interazioni specifiche tra celle fotovoltaiche a stato solido e fotoni presenti nella luce per creare un flusso di elettroni, che convertono l'energia del sole in elettricità utilizzabile.
Tipi di raccolta di energia solare
Esistono diversi tipi di tecniche di raccolta dell'energia, come i sistemi di riscaldamento solare dell'acqua e gli impianti solari a concentrazione che utilizzano sale fuso per far funzionare delle turbine a vapore. Tuttavia, sono i pannelli solari il metodo di generazione di elettricità più comunemente utilizzato nella tecnologia energetica residenziale, commerciale e industriale.
Esaminiamo insieme quattro componenti critici utilizzati nella tradizionale raccolta di energia con i pannelli solari.
1. Le celle fotovoltaiche: l'elemento dove avviene la magia
La cella fotovoltaica di un pannello solare, probabilmente il componente più critico nella tecnologia di raccolta dell'energia solare, è l'elemento in cui la luce del sole viene convertita in elettricità. Le celle fotovoltaiche sono costituite da una moltitudine di grandi wafer di semiconduttori che, una volta combinati, creano una vasta superficie per l'assorbimento di energia solare. Tali semiconduttori vengono poi collegati a una rete di cavi che si combinano a formare il circuito di uscita del pannello solare.
2. Connettori e conduttori dei pannelli solari: un flusso di energia sicuro e stabile
Connettori e conduttori sono elementi fondamentali nei pannelli solari, poiché consentono di raccogliere e trasferire l'energia al punto di utilizzo in modo sicuro ed efficiente. I pannelli solari vengono sempre collocati all'esterno e ciò impone l'implementazione di connettori robusti, che non vadano in cortocircuito, si scolleghino o invecchino quando sono a contatto con umidità, raggi UV, vento, grandine e altri elementi naturali.
I connettori fotovoltaici che collegano i pannelli solari con il resto dell'infrastruttura di raccolta dell'energia solare hanno spesso un livello di protezione IP67 o superiore. Ciò garantisce prestazioni costanti anche nel caso di esposizione a condizioni meteorologiche estreme. Questi connettori sono anche in grado di trasferire in sicurezza tensioni CC elevate, che possono raggiungere migliaia di volt nei grandi sistemi fotovoltaici commerciali.
3. L'inverter: il cervello dei sistemi a energia solare
Data la natura della fisica fotovoltaica, i sistemi di raccolta di energia solare fotovoltaica producono ovviamente corrente continua. Tuttavia, dato che la corrente alternata è più efficiente, i sistemi di distribuzione di energia in tutto il mondo utilizzano quest'ultima per la trasmissione. Di conseguenza, la corrente continua proveniente dal sistema a energia solare deve essere convertita in corrente alternata per utilizzare i pannelli solari fotovoltaici unitamente alla rete elettrica.
Ed è qui che entrano in gioco gli inverter: senza di essi, l'energia dei pannelli non avrebbe dove andare. Gli inverter sono costituiti da vari componenti quali resistori, condensatori, transistor, induttori e trasformatori. Numerose tecnologie per inverter solari sono in grado di gestire varie architetture solari indipendenti dalla rete elettrica (off-grid) o collegate ad essa, configurazioni di tensione variabile per applicazioni sia residenziali che commerciali e persino inverter in grado di caricare dispositivi di accumulo di energia per raccogliere e distribuire energia in modo efficiente.
4. Accumulo di energia solare e batterie: dipendenza o autonomia dalla rete elettrica
In quasi tutte le applicazioni di consumo di energia, tale consumo è intermittente. Un impianto di produzione utilizza la maggior parte dell'energia per accendere i macchinari all'inizio della giornata lavorativa. Un'abitazione consuma di più durante le ore in cui non c'è luce solare. L'energia solare, tuttavia, è molto più costante di questi schemi di consumo energetico.
Di notte, la raccolta di energia solare è minima, mentre con la luce del giorno è quasi costante. Ciò significa che l'energia viene raccolta nei periodi in cui la domanda energetica è bassa, quindi queste risorse devono essere immagazzinate. Al momento, esistono due metodi per immagazzinare quest'energia in eccesso: immettendola nella rete elettrica o accumulandola al di fuori di essa. Le opzioni di immagazzinamento sulla rete dipendono dal sistema di una società locale del settore energetico. L'accumulo di energia off-grid, invece, è un sistema di alimentazione autonomo che può essere realizzato in vari modi, ad esempio utilizzando una rete di batterie. L'accumulo in rete si basa sulla reimmissione dell'elettricità appena raccolta nell'infrastruttura di rete e, di fatto, sulla sua vendita al fornitore di energia, per utilizzare le notevoli tecniche di accumulo di energia del gestore elettrico.
I vantaggi dell'energia solare
Data la sua bassa impronta di carbonio, l'energia solare è un metodo sempre più efficiente e sempre più ampiamente adottato per generare energia. Grazie alle sue crescenti capacità, l'innovazione per i componenti legati all'energia solare sarà essenziale per ottimizzarne l'efficienza e garantirne un uso più diffuso in quasi tutti i settori.