Come funziona un pannello solare?

Di cosa è fatto un pannello solare?

Se guardi da vicino un pannello fotovoltaico vedi una griglia di quadratini scuri, separati da sottili linee argentate. Ogni quadratino è una cella solare, e il cuore di ogni cella è una fetta sottilissima di silicio, lo stesso elemento che, sotto forma di sabbia, trovi in spiaggia.

Le celle sono collegate tra loro con nastrini di metallo, protette davanti da un vetro temperato e dietro da un foglio di plastica, il tutto chiuso in una cornice di alluminio. Il vetro deve far passare più luce possibile, la cornice serve a fissare il pannello al tetto e a renderlo robusto contro vento e grandine.

Non c'è nessun motore e nessun pezzo che si muove. Tutto avviene dentro il materiale, a livello di atomi.

Come fa la luce a diventare corrente?

La luce del Sole è fatta di minuscoli pacchetti di energia, i fotoni. Quando un fotone colpisce il silicio, può cedere la sua energia a un elettrone e staccarlo dal suo posto. Immagina una pallina da biliardo che ne colpisce un'altra e la mette in movimento.

Il problema è che un elettrone libero, da solo, vagherebbe a caso e tornerebbe presto al suo posto. Per farlo muovere in una direzione precisa, la cella è costruita a due strati. Al silicio si aggiungono piccolissime quantità di altri elementi, un'operazione che si chiama drogaggio: uno strato ha elettroni in più (tipo n), l'altro ne ha in meno (tipo p).

Dove i due strati si toccano, la giunzione, nasce un campo elettrico che fa da scivolo a senso unico: gli elettroni liberati dalla luce vengono spinti tutti dalla stessa parte. Se colleghi i due lati con un filo, gli elettroni ci corrono dentro: quella è la corrente elettrica. Le linee argentate sulla cella sono proprio i contatti che la raccolgono.

Il fenomeno fu osservato per la prima volta nel 1839 dal fisico francese Alexandre-Edmond Becquerel, che però non riuscì a spiegarlo. La spiegazione completa arrivò solo con la fisica del Novecento.

Dalla cella alla presa di casa: che strada fa l'energia?

Una singola cella produce una tensione bassa, meno di un volt. Per questo le celle si collegano in serie, una dopo l'altra, come le pile di un telecomando: le tensioni si sommano. Più pannelli insieme formano un impianto.

C'è però un dettaglio. I pannelli producono corrente continua, che scorre sempre nello stesso verso, come quella di una batteria. Le prese di casa invece usano corrente alternata, che cambia verso molte volte al secondo. A fare la traduzione ci pensa l'inverter, una scatola che di solito si monta in garage o vicino al contatore.

L'energia che la casa non usa subito può caricare una batteria di accumulo, se c'è, oppure essere immessa nella rete elettrica. In entrambi i casi non si spreca: va a chi ne ha bisogno in quel momento.

Quanta luce riesce a trasformare?

Le prime celle al silicio davvero utili furono presentate dai Bell Labs, negli Stati Uniti, il 25 aprile 1954. Le avevano realizzate tre ricercatori, Daryl Chapin, Calvin Fuller e Gerald Pearson, e convertivano in elettricità circa il 6% della luce ricevuta.

Pochi anni dopo, nel 1958, il satellite americano Vanguard 1 fu il primo a funzionare con l'energia del Sole. Nello spazio i pannelli sono perfetti: non ci sono nuvole e non serve carburante.

Oggi i pannelli in commercio arrivano a circa il 20%, a volte qualcosa in più. Vuol dire che di tutta la luce che li colpisce, circa un quinto diventa elettricità. Il resto viene riflesso o si trasforma in calore. Sembra poco, ma il Sole manda sulla Terra così tanta energia che anche un quinto basta a fare molta strada.

Cosa succede con le nuvole, di notte e d'estate?

Un pannello produce in proporzione alla luce che riceve. Con il cielo coperto produce molto meno, ma non zero, perché un po' di luce passa comunque tra le nuvole. Di notte, invece, la produzione si ferma del tutto: per questo le batterie di accumulo sono così utili.

Conta molto anche come è montato. In Italia, che sta nell'emisfero nord, il Sole a mezzogiorno è verso sud: un pannello rivolto a sud e ben inclinato raccoglie più luce di uno orientato a nord. Un'ombra, anche quella di un camino o di un albero, può far calare la produzione di un'intera fila di celle.

Una cosa che sorprende molti: il caldo eccessivo non aiuta. Le celle rendono meglio quando sono fresche, quindi in una giornata limpida e fredda di primavera un pannello lavora spesso meglio che in un pomeriggio torrido di luglio. Per questo tra pannello e tetto si lascia uno spazio in cui circola l'aria.