Come funzionano i pannelli fotovoltaici: le basi indispensabili
Partiamo da qui: i pannelli fotovoltaici trasformano la luce solare in energia elettrica, ma come fanno di preciso?
Per essere precisi, sono le unità più piccole di cui sono composti i pannelli, le celle fotovoltaiche, a trasformare la luce in energia attraverso l’effetto fotovoltaico.
Le celle fotovoltaiche usano il silicio, materiale semiconduttore di cui sono composte, per catturare la luce del sole. In sostanza, quando la luce raggiunge le celle, il silicio la assorbe.
Questo assorbimento agita gli elettroni che cominciano a muoversi lungo un circuito predefinito, generando corrente elettrica continua (CC).
La maggior parte dei nostri elettrodomestici, però, funziona con la corrente alternata (CA). Per questo motivo l’impianto fotovoltaico è dotato di un inverter che converte la corrente continua in alternata.
In un impianto fotovoltaico, inoltre, anche gli ottimizzatori di potenza svolgono un ruolo cruciale, perché aumentano l’efficienza dei pannelli fotovoltaici.
Immaginiamo che ogni pannello solare sia un atleta che partecipa a una gara di corsa; alcuni sono più veloci, altri più lenti, spesso a causa di ombre o posizioni meno vantaggiose. L’ottimizzatore di potenza aiuta ogni atleta (pannello) a dare il massimo, regolando la velocità (tensione e corrente) in modo che tutti possano correre nella maniera più efficiente possibile.
Questo significa che, anche se un pannello è in ombra e non riesce a “correre” come gli altri, l’ottimizzatore si assicura che produca comunque energia nel modo migliore possibile. Grazie a questi allenatori personali, l’intero team dei pannelli solari lavora al massimo delle proprie possibilità.
Infine, nel funzionamento dei pannelli fotovoltaici è molto importante anche il ruolo del contatore di energia, perché monitora quanta elettricità viene prodotta dai pannelli e quanta ne viene consumata all’interno dell’edificio. Grazie a questo monitoraggio costante, possiamo tenere traccia dell’energia immessa nella rete e dell’energia prelevata, fondamentale per la gestione dei crediti di energia e per garantire che l’utilizzo sia il più efficiente possibile.
Quando non c’è il sole, come funzionano i pannelli solari?
Quando non c’è il sole, i pannelli producono meno elettricità, ma non smettono di funzionare.
In caso di cielo nuvoloso, la produzione diminuisce a seconda di quanto sono dense le nuvole. Se le nuvole sono leggere, la produzione di elettricità scende tra il 10% e il 25%. Se le nuvole sono molto dense, la produzione scende anche al 50% o di più.
Per questo motivo i sistemi di accumulo di energia svolgono un ruolo fondamentale: immagazzinano l’energia prodotta per permetterci di usarla in momenti in cui il sole non c’è.
Cosa succede se un pannello fotovoltaico va in ombra?
Anche nel caso in cui l’ombra copra una parte di un pannello fotovoltaico, la produzione di energia elettrica diminuisce.
Le celle fotovoltaiche collegate in serie all’interno del pannello condividono infatti la stessa corrente e se un’ombra incide su una di queste, limita la corrente che fluisce attraverso tutto il pannello.
Questo fenomeno ci fa capire quanto è importante posizionare i pannelli in luoghi ben esposti alla luce del sole. In particolare, perché diano il massimo, devono essere posizionati in modo da ricevere la quantità massima di luce diretta del sole durante il giorno.
Bisogna orientarli verso sud, cioè verso i raggi del sole.
Anche orientati verso sud-est e sud-ovest il rendimento sarà comunque buono, leggermente inferiore ma buono.
Bisogna invece evitare di orientarli a nord, perché il rendimento cala vertiginosamente.
Per quanto riguarda l’inclinazione, i pannelli fotovoltaici si possono inclinare generalmente dai 10 ai 35 gradi. Bisogna però tenere presente che l’inclinazione varia a seconda della latitudine della località in cui si installano i pannelli.
Infine, è importante evitare che alberi o strutture vicine proiettino ombre sui pannelli durante le ore in cui la radiazione solare è più intensa. Anche oggetti come comignoli o antenne possono creare ombre parziali sui pannelli, riducendo l’efficienza energetica. E perfino la sporcizia sui pannelli fotovoltaici, come foglie, polvere o escrementi di uccelli, può bloccare la luce solare e creare zone d’ombra che influenzano la produzione di energia.
E quando piove, i pannelli solari funzionano?
Anche la pioggia riduce la quantità di luce solare che raggiunge i pannelli. Laproduzione energetica potrebbe infatti calare tra il 10% e il 25%, a seconda dell’intensità e della durata della precipitazione.
La pioggia però può anche avere un effetto benefico sui pannelli fotovoltaici pulendoli da sporco e polvere accumulata, che riducono l’efficienza nel tempo.
Come funziona il fotovoltaico di notte?
Semplice, di notte i pannelli fotovoltaici non producono energia, perché manca la luce del sole.
Tuttavia, molti sistemi includono batterie che accumulano energia durante il giorno e ci permettono di usarla quando il sole non c’è, proprio come di notte. I pannelli fotovoltaici rimangono quindi inattivi in condizioni di oscurità, ma l’energia accumulata durante il giorno assicura continuità nell’alimentazione elettrica.
E se va via la corrente?
Quando va via la corrente, i pannelli fotovoltaici continuano a produrre energia grazie alla luce del sole che continua a colpire le loro superfici. L’effetto fotovoltaico non dipende infatti dalla presenza o meno della corrente nell’impianto elettrico domestico o nella rete pubblica.
Tuttavia, per ragioni di sicurezza, l’intero impianto fotovoltaico si disconnette automaticamente dalla rete elettrica.
Questo meccanismo, noto come sistema di disconnessione automatica, impedisce che l’energia prodotta dai pannelli si riversi nella rete elettrica pubblica, proteggendo così gli operatori al lavoro per ripristinare il servizio.
La disconnessione protegge anche chi è all’interno degli edifici, assicurando che nessuna corrente inaspettata causi danni o lesioni fisiche.
Inoltre, senza un sistema di accumulo con un inverter specifico che possa gestire una modalità di funzionamento isolata, l’energia prodotta dai pannelli non rimane disponibile per l’alimentazione della casa o dell’edificio. Quindi, nonostante i pannelli siano in grado di generare corrente, gli apparecchi e i dispositivi interni non ricevono energia fino al ripristino della connessione con la rete elettrica o fino all’attivazione di un sistema di accumulo autonomo.
Come cambia il funzionamento dei pannelli fotovoltaici durante le stagioni
La produzione di energia dei pannelli fotovoltaici varia anche con i cambi di stagione. Vediamo come.
Primavera
Con più ore di luce, i pannelli fotovoltaici producono più energia rispetto ai mesi invernali. La primavera, offrendo una luminosità solare ottima e temperature ancora moderate, favorisce un incremento della produzione energetica, pur senza raggiungere i picchi estivi.
Estate
Questa stagione rappresenta il periodo di massima efficienza per i pannelli fotovoltaici grazie alle giornate lunghe e al sole alto nel cielo. La produzione di energia raggiunge il suo apice, ma attenzione alle temperature troppo alte da caldo torrido, che possono ridurre l’efficienza dei moduli solari.
Autunno
Durante l’autunno la produzione dei pannelli diminuisce in modo graduale. Le giornate si accorciano e l’angolo di incidenza dei raggi solari diventa meno diretto rispetto all’estate.
Inverno
È la stagione con la minore produzione energetica a causa delle giornate corte, dell’angolo solare sfavorevole e della possibile copertura dei pannelli da neve o ghiaccio. Tuttavia, nelle giornate limpide e soleggiate, i pannelli fotovoltaici continuano a generare energia.
