La Cella Solare

La Cella Solare Fotovoltaica
La struttura e la funzionalità delle celle solari si conoscono fin dal XVIII secolo, quando fù elaborato il primo prototipo da uno scienziato svizzero di nome Horace Benedict De Saussure. Questa prima cella solare era costituita da una scatola di legno con una lastra di vetro al posto del coperchio che lasciava passare i raggi del sole. All’interno la scatola era stata colorata di nero con lo scopo di assorbire e trattenere le radiazioni solari trasformando la scatola in una piccola serra termica.

Da allora sono stati fatti molti passi in avanti. Le prime celle solari “moderne” le abbiamo viste sulle calcolatrici già una ventina di anni fa. Queste erano in grado di funzionare solo se poste sotto una fonte luminosa in quanto le celle trasformavano la luce in energia elettrica fornendo la potenza necessaria per farle funzionare.

Per la costruzione di queste celle è stato scelto un materiale semiconduttore, il silicio. Questo elemento molto diffuso in natura, viene fuso e colato in una cilindro di cristallo. Una volta freddo, il tubo di silicio viene tagliato in strati molto sottili e legato con altre sostanze come il rame o il fosforo, che sono degli ottimi conduttori di corrente in quanto i loro atomi, sullo strato esterno, hanno degli elettroni liberi, detti di conduzione, in grado di trasportare la corrente elettrica. Unendo questi elementi si forniscono gli elettroni di conduzione necessari per la trasmissione dell’energia.
Le sfoglie di silicio vengono poi allineate in una matrice sottile a forma di griglia sulla parte superiore del pannello solare. Per proteggere il silicio viene stesa una sottilissima lastra di vetro sopra le celle fotovoltaiche. Il pannello viene poi attaccato ad un substrato di cemento in grado di condurre il calore ed evitare che il pannello si surriscaldi.

Capacità di una cella solare
Le celle solari, come abbiamo visto, trasformano l’energia solare in energia elettrica.
La quantità di energia prodotta da una cella dipende direttamente da:

Efficienza della cella stessa;
Superficie della cella;
Intensità della luce solare che colpisce la superficie della cella;

Le celle solari vengono prodotte utilizzando vari tipi di silicio (amorfo, monocristallino, multi cristallino) il quale andrà ad influenzare la quantità di energia prodotta e, di conseguenza, il rendimento del pannello.
Vediamo un esempio:

Pannello fotovoltaico al silicio amorfo: 6-10%;
Pannello fotovoltaico al silicio monocristallino: 13-17%;
Pannello fotovoltaico al silicio multicristallino: 12-14%;
Le celle sono costituite da uno strato molto sottile di silicio legato con fosforo (F-type) che è a stretto contatto con un altro strato di silicio legato con il boro (P-type) che funge da base. Quando il sole colpisce la lamina di silicio, nella zona di contatto fra questi due strati (Giunzione PN) si crea un campo elettrico che produce corrente. In genere una cella è in grado di produrre circa 0,5 – 0,6 volt di corrente continua (DC).