Albert Einstein non ricevette il Premio Nobel per la sua celebre teoria della relatività, bensì per il suo lavoro sull’effetto fotoelettrico, di cui fu il primo a fornire una spiegazione teorica.
Come spesso accade nella storia della scienza, la scoperta dell’effetto fotoelettrico fu del tutto casuale. Alla fine del XIX secolo, Heinrich Hertz notò che un arco elettrico tra due elettrodi ad alta tensione si estendeva maggiormente quando veniva illuminato con luce ultravioletta, rispetto al buio. Decenni più tardi, Albert Einstein elaborò una teoria matematica che spiegava questo fenomeno, guadagnandosi il Premio Nobel per la Fisica.
L’effetto fotoelettrico si verifica in alcuni materiali quando vengono colpiti dalla luce.
Grazie al contributo di Hertz ed Einstein, oggi possiamo trasformare la luce del sole in energia elettrica utilizzabile: nasce così l’energia solare fotovoltaica.
Il cuore di questa trasformazione sono i pannelli solari. Sono composti principalmente da Silicio, ma possono includere anche altri materiali. Le celle fotovoltaiche possono essere a wafer (ottenute tagliando finemente un blocco solido di silicio) oppure a film sottile, ottenute depositando il materiale su un substrato. Le celle in silicio cristallino offrono un’alta efficienza a un costo superiore, mentre le tecnologie a film sottile (Thin Film) risultano più economiche, ma meno efficienti.
L’effetto fotoelettrico genera una differenza di potenziale (polo positivo e negativo) quando la luce colpisce materiali semiconduttori trattati come il silicio. Questo crea una corrente continua.
Le celle fotovoltaiche vengono incapsulate in diversi strati, come un “panino tecnologico”, per formare i moduli solari: unità resistenti, maneggevoli e interconnesse.
Il modulo fotovoltaico è il componente principale per generare elettricità dalla luce solare. È composto da:
- Celle fotovoltaiche, interconnesse e incapsulate come descritto sopra.
- Strati incapsulanti e vetro protettivo, che isolano, proteggono e permettono il passaggio della luce. Il vetro è essenziale per proteggere da urti, grandine, polvere e agenti atmosferici.
- Cornice metallica, che conferisce rigidità e facilita l’installazione. Non sempre è presente.
- Scatola di connessione posteriore, che protegge le connessioni elettriche e ospita i diodi di bypass, fondamentali in caso di ombreggiamenti parziali.
- Cavi di collegamento, dotati di connettori positivo e negativo per formare le stringhe (catene di moduli interconnessi).
I moduli si classificano principalmente in due categorie, a seconda della tecnologia della cella:
1. Moduli fotovoltaici cristallini
Possono essere monocristallini o policristallini. Entrambi usano il silicio come materiale base. I moduli monocristallini sono costituiti da un unico cristallo di silicio e garantiscono maggior efficienza, ma a un costo superiore. I moduli policristallini contengono più cristalli con orientazioni diverse e sono più economici.
2. Moduli fotovoltaici amorfi
Usano materiali alternativi come a-Si, CdTe, CIGS, CIS, ecc. Hanno un’efficienza inferiore, quindi richiedono più spazio per la stessa potenza. Tuttavia, sono più resistenti alle alte temperature e adatti a zone con forte irraggiamento solare.
