I pannelli solari funzionano convertendo la luce solare in elettricità su scala atomica. Quando le celle solari vengono colpite dalla luce, producono un flusso di elettroni o corrente elettrica. Poiché questo processo avviene su scala così ridotta, è invisibile per gli esseri umani. Rispetto ad altri sistemi di energia rinnovabile, i pannelli sono caratterizzati dalla loro mancanza di movimento.
I pannelli solari producono una certa quantità di energia che è determinata da due fattori principali: la quantità di luce solare che raggiunge il pannello e la composizione del materiale. Alcuni materiali del pannello possono raccogliere più luce solare per piede quadrato, portando a un’installazione più efficiente e compatta.
I pannelli solari sono diventati un’opzione popolare di energia rinnovabile per case e aziende, e questo ha perfettamente senso quando si soppesano i loro costi e benefici. I sistemi di energia solare diventano ogni anno più convenienti, mentre i costi dell’elettricità continuano ad aumentare. Da un punto di vista finanziario, l’aggiunta di pannelli a un edificio è un ottimo investimento. In questo articolo risponderemo alla domanda comune “come funzionano i pannelli solari”?
Come funziona esattamente un pannello solare?
Un pannello solare può essere visto come l’opposto di una lampadina a LED, che è anche un dispositivo elettronico che utilizza materiali semiconduttori. Proprio come una lampadina a LED converte l’elettricità in illuminazione, un pannello solare assorbe la luce per produrre elettricità. Questo comportamento è chiamato effetto fotoelettrico ed è stato studiato per la prima volta nel XIX secolo.
Il nome dei pannelli solari può essere fuorviante, poiché funzionano con qualsiasi tipo di luce. Se metti un pannello sotto una luce artificiale intensa, inizierà a produrre elettricità. Tuttavia, solo la luce solare è un input di energia praticabile, poiché viene fornita gratuitamente. Altre sorgenti luminose hanno un costo del carburante o un costo dell’elettricità.
Il materiale utilizzato per realizzare i pannelli solari è normalmente il silicio, che ha molte applicazioni nell’industria elettronica. Con uno speciale processo chimico, il silicio può essere trattato in modo da produrre elettricità in risposta a ligh541t.
- La conversione dell’energia inizia quando una cella solare viene colpita dai fotoni, che sono le particelle elementari della luce.
- I fotoni separano gli elettroni dagli atomi di silicio e il movimento degli elettroni è equivalente alla corrente elettrica.
- Il movimento combinato di elettroni da più celle solari fornisce la produzione totale di un pannello solare.
- Il concetto viene poi ripetuto quando i pannelli vengono cablati insieme, sommando la loro produzione individuale.
La produzione di elettricità senza muoversi è un vantaggio significativo dei sistemi di energia solare. Altri sistemi di generazione come turbine eoliche e generatori diesel hanno parti in movimento, che sono soggette a usura meccanica. In questi casi, la costante necessità di lubrificazione e sostituzione di parti rende difficile la manutenzione. Prendersi cura dei sistemi di energia solare è molto più semplice, poiché l’attività di manutenzione più impegnativa è mantenere pulita la loro superficie.
Perché i pannelli solari sono collegati a un inverter?
Avrai notato che i pannelli non sono collegati direttamente agli elettrodomestici. Invece, sono cablati insieme e la loro produzione di elettricità passa attraverso un inverter. Ciò è necessario perché l’energia elettrica prodotta dai pannelli non ha le proprietà richieste dagli elettrodomestici.
I pannelli solari producono elettricità a corrente continua (CC), mentre i dispositivi domestici utilizzano corrente alternata. Una fonte di alimentazione CC fornisce una tensione costante, mentre una fonte CA ha una tensione che oscilla tra positivo e negativo. Le società elettriche utilizzano l’alimentazione CA perché offre molti vantaggi nella generazione e trasmissione di elettricità.
Fondamentalmente, un inverter solare converte l’uscita CC dei pannelli in un alimentatore CA adatto per elettrodomestici. Poiché la rete elettrica utilizza anche la tensione CA, può essere sincronizzata con il sistema di energia solare. Questo ha diversi vantaggi:
- Quando la produzione di energia solare non è sufficiente per gli elettrodomestici, è possibile prelevare elettricità dalla rete senza modificare alcuna connessione.
- La produzione in eccesso può essere esportata in rete, per essere sottratta dalla bolletta elettrica.
Quando un sistema di energia solare è sincronizzato con la rete elettrica, viene chiamato installazione collegata alla rete. Questa è la configurazione di sistema più conveniente e anche la più comune.
Quali sono i diversi tipi di pannelli solari?
Come accennato in precedenza, i pannelli solari utilizzano materiali che producono elettricità se esposti alla luce. La maggior parte dei pannelli sono costituiti da celle di silicio cristallino cablate insieme per sommare la loro tensione. Tipicamente, un pannello avrà 60 o 72 celle.
- Un pannello a 60 celle ha 10 righe di sei celle.
- D’altra parte, un pannello a 72 celle ha 12 file di sei, il che lo rende più lungo del 20%.
- La quantità di pannelli solari necessari per un edificio specifico cambierà a seconda del tipo. Poiché i pannelli a 72 celle hanno più celle, in genere hanno una potenza maggiore.
I pannelli a 60 celle sono più comuni nel settore residenziale, mentre i pannelli a 72 celle sono più comuni nelle applicazioni aziendali e nei parchi solari. Niente limita l’uso di pannelli a 72 celle nei sistemi solari domestici, ma le loro dimensioni maggiori possono essere un problema quando lo spazio sul tetto è limitato. I pannelli a 60 celle possono essere utilizzati senza problemi anche in grandi edifici commerciali, ma la necessità di utilizzarne di più può aumentare i costi di manodopera.
I pannelli di silicio cristallino possono essere classificati in due sottotipi. I pannelli monocristallini hanno celle solari costituite da un singolo cristallo di silicio e la loro superficie è nera. D’altra parte, i pannelli policristallini hanno celle blu che sono costituite da diversi cristalli. L’efficienza dei pannelli solari è maggiore se hanno celle monocristalline, ma aumenta anche il loro prezzo.
Alcuni pannelli non hanno celle di silicio e invece hanno una superficie uniforme. Questi sono chiamati pannelli a film sottile, poiché il materiale che converte la luce solare in elettricità viene depositato come uno strato.
- Questi pannelli hanno un costo inferiore a quelli cristallini, ma necessitano anche di più spazio per compensare la loro minore efficienza.
- Il costo per watt di capacità finisce per essere simile poiché il pannello ha un costo inferiore, ma ne occorrono di più.
I pannelli monocristallini, policristallini e a film sottile sono le tre principali opzioni disponibili e quelli policristallini hanno dominato il mercato. Le tegole solari stanno emergendo come quarta opzione. Combinano tegole e pannelli in un unico elemento.
Capire il costo di installazione dei pannelli solari
I pannelli stessi rappresentano solo una frazione del costo di un sistema di energia solare completo. I costi legati all’installazione dei pannelli solari includono scaffalature speciali, inverter solari e dispositivi di protezione elettrica. Quando tutti i costi solari sono presi in considerazione, puoi aspettarti di pagare $ 3 per watt di capacità negli Stati Uniti.
Come discusso in precedenza, un inverter converte l’uscita dei pannelli in alimentazione CA per elettrodomestici. Per il fissaggio dei pannelli al tetto vengono utilizzate apposite scaffalature, poiché non sono progettate per l’installazione diretta. Inoltre, i pannelli solari necessitano di interruttori automatici come qualsiasi altro dispositivo elettrico. I guasti elettrici come cortocircuiti e guasti a terra possono danneggiare gravemente i pannelli solari e i loro componenti associati.
Sapere come installare i pannelli solari è diventato una risorsa utile nel mercato del lavoro degli Stati Uniti, a causa della forte domanda di sistemi solari.
Gestione efficace della produzione di energia solare
L’energia solare è pulita e il suo costo continua a diminuire ogni anno. Tuttavia, i sistemi solari hanno ancora un limite che è condiviso con le turbine eoliche: dipendono da input energetici variabili per produrre elettricità. Per questo motivo, non puoi uscire dalla rete con i soli pannelli solari e le batterie diventano necessarie per le giornate notturne e nuvolose.
I governi e le società elettriche hanno sviluppato un concetto interessante per gestire la natura variabile dell’energia solare, che si chiama net metering:
- La produzione di energia in eccesso dal tuo sistema di energia solare può essere esportata nella rete.
- La compagnia elettrica dà credito per quell’energia sulla prossima bolletta dell’elettricità.
Con la misurazione netta, la tua casa può risparmiare sulla produzione di energia solare inutilizzata. Se il tuo sistema solare è abbastanza grande da produrre elettricità in eccesso a mezzogiorno, può essere esportato nella rete e dedotto dal consumo notturno.
I pannelli solari funzionano meglio quando ricevono la luce solare diretta. Possono essere montati su meccanismi di tracciamento per essere sempre rivolti verso il sole, ma questo approccio è consigliato solo quando lo spazio è un limite. Nella maggior parte dei casi, l’aggiunta di più pannelli è un’opzione migliore rispetto all’utilizzo di pochi pannelli con un inseguitore solare.
