Cella Fotovoltaica: Un'Introduzione
Una cella fotovoltaica, anche chiamata cella solare, è un dispositivo a semiconduttore che converte direttamente l'energia luminosa in energia elettrica attraverso il fenomeno fotovoltaico.
Come Funziona:
Il funzionamento di una cella fotovoltaica si basa sull'effetto fotovoltaico. Quando la luce (fotoni) colpisce il materiale semiconduttore (solitamente silicio), gli elettroni vengono eccitati e si liberano dai loro atomi. Questo crea coppie elettrone-lacuna. Un campo elettrico interno alla cella, creato mediante drogaggio del semiconduttore con impurità diverse (tipo N e tipo P), separa queste coppie, generando una differenza di potenziale e quindi una corrente elettrica.
Materiali:
- Il materiale più comune è il silicio (Si), in forma cristallina (monocristallino o policristallino) o amorfa.
- Altri materiali utilizzati includono il tellururo di cadmio (CdTe), il solfuro di rame indio gallio (CIGS) e il perovskite.
Tipi di Celle Solari:
- Celle al Silicio Cristallino:
- Monocristallino: Alta efficienza, costo più elevato.
- Policristallino: Efficienza leggermente inferiore, costo inferiore.
- Celle a Film Sottile:
- Tellururo di Cadmio (CdTe): Costo inferiore, efficienza variabile.
- CIGS: Buona efficienza, flessibilità.
- Silicio amorfo (a-Si): Basso costo, efficienza inferiore, utilizzato in applicazioni specifiche (calcolatrici, orologi).
- Celle di Nuova Generazione:
- Perovskite: Alta efficienza potenziale, ricerca e sviluppo in corso.
- Celle organiche: Flessibili, basso costo potenziale, efficienza ancora limitata.
Efficienza:
L'efficienza di una cella fotovoltaica è la percentuale di energia solare incidente che viene convertita in energia elettrica. Le celle al silicio cristallino hanno in genere un'efficienza compresa tra il 15% e il 25%, mentre le celle a film sottile hanno un'efficienza inferiore, tipicamente tra il 10% e il 20%. Le celle di nuova generazione, come quelle a perovskite, mostrano efficienze promettenti, superiori al 25% in laboratorio.
Applicazioni:
Le celle fotovoltaiche sono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni, tra cui:
- Pannelli solari per la produzione di energia elettrica in ambito residenziale, commerciale e industriale.
- Centrali solari fotovoltaiche su larga scala.
- Calcolatrici, orologi e altri dispositivi portatili.
- Satelliti e veicoli spaziali.
- Illuminazione stradale solare.
- Pompe solari per l'irrigazione.
Vantaggi:
- Energia rinnovabile e sostenibile.
- Basse emissioni di gas serra.
- Riduzione della dipendenza dai combustibili fossili.
- Bassi costi operativi.
Svantaggi:
- Costo iniziale elevato (anche se in calo).
- Dipendenza dalle condizioni meteorologiche.
- Necessità di accumulo dell'energia prodotta (batterie).
- Impatto ambientale della produzione e dello smaltimento.
Ricerca e Sviluppo:
La ricerca e lo sviluppo nel campo delle celle fotovoltaiche si concentrano su:
- Miglioramento dell'efficienza.
- Riduzione dei costi.
- Sviluppo di nuovi materiali e tecnologie.
- Aumento della durata e dell'affidabilità.
- Sviluppo di celle flessibili e leggere.