Pannelli fotovoltaici: cosa sono e come funzionano

I pannelli fotovoltaici sono l’elemento base di ogni impianto fotovoltaico e sono composti da un insieme di celle fotovoltaiche elementari collegate tra di loro. Rappresentano, quindi, il cuore pulsante di un impianto fotovoltaico, di qualsiasi potenza, che deve produrre energia elettrica convertendo l’energia del sole catturata appunto dai pannelli.

L’inclinazione dei pannelli fotovoltaici, la loro esposizione, l’ombreggiamento, la distanza tra le file e le perdite energetiche sono tutti elementi che possono influenzare il loro rendimento e che incidono significativamente sulla produzione energetica annua. Una valutazione inadeguata di questi elementi potrebbe compromettere l’efficienza dell’intero impianto.

Per questo potrebbe tornarti utile utilizzare un software per la progettazione di impianti fotovoltaici con cui puoi calcolare la distanza minima di installazione delle file dei pannelli su qualsiasi superficie (orizzontale, verticale o inclinata), stimare la produzione solare fotovoltaica a partire da dati concreti di irraggiamento solare (disponibili per tantissime località in Italia e all’estero) e considerare le varie perdite energetiche.

Pannelli fotovoltaici – Solarius-PV

Analizziamo in dettaglio cosa sono i pannelli fotovoltaici, quanto costano e come funzionano.

Pannelli fotovoltaici cosa sono?

I pannelli solari fotovoltaici sono dispositivi che convertono l’energia solare in energia elettrica utilizzabile. Sono composti da celle fotovoltaiche collegate in serie o in parallelo e posizionati sulla medesima struttura di supporto.

Questi dispositivi convertono l’energia solare in elettricità sfruttando l’effetto fotovoltaico. Quando i fotoni provenienti dalla luce solare interagiscono con le celle fotovoltaiche presenti nei pannelli, gli elettroni nel materiale delle celle vengono attivati, generando così una corrente elettrica. Questa corrente continua può essere impiegata direttamente per alimentare dispositivi elettronici o essere accumulata nelle batterie per utilizzi successivi.

Come funziona un pannello fotovoltaico?

Un impianto fotovoltaico sfrutta l’energia solare per generare elettricità attraverso l’impiego di pannelli costituiti da un insieme di celle fotovoltaiche. Queste celle sono realizzate con materiali semiconduttori, come il silicio cristallino e hanno il compito di convertire l’energia luminosa in energia elettrica.

Il processo avviene grazie all’interazione tra i fotoni, particelle di luce e gli elettroni presenti nel materiale semiconduttore. Quando la luce solare colpisce la superficie delle celle, i fotoni trasferiscono la loro energia agli elettroni, inducendone il movimento e generando così un flusso di corrente elettrica continua.

Il funzionamento di un pannello fotovoltaico, quindi, può essere sintetizzato nei seguenti passaggi:

• esposizione del pannello alla luce solare: i fotoni colpiscono la superficie della cella fotovoltaica;
• trasporto dell’energia: l’energia luminosa viene assorbita dagli elettroni del materiale semiconduttore, attivandone il movimento;
• generazione di corrente: il movimento degli elettroni crea una differenza di potenziale che genera corrente elettrica continua.

Poiché la corrente continua non è direttamente utilizzabile per l’alimentazione delle utenze domestiche e industriali, entra in gioco l’inverter fotovoltaico, un dispositivo che converte la corrente continua in corrente alternata. Quest’ultima viene poi immessa nella rete elettrica e resa disponibile per il consumo. Grazie a questo sistema, l’energia solare viene trasformata in una risorsa rinnovabile ed efficiente, contribuendo alla riduzione dell’impatto ambientale e all’ottimizzazione dei consumi energetici.

Tipologie di pannelli fotovoltaici

I pannelli fotovoltaici vengono classificati in base al tipo di celle fotovoltaiche che formano i moduli che li costituiscono e variano, a loro volta, a seconda del cristallo che le caratterizza in:

• celle monocristalline;
• celle policristalline;
• celle amorfe.

Sulla base di queste celle si creano i 3 principali tipi di pannelli fotovoltaici:

• pannelli monocristallini;
• pannelli policristallini;
• pannelli a film sottile.

Pannelli fotovoltaici monocristallini

I pannelli fotovoltaici monocristallini sono riconoscibili per il loro colore uniforme e scuro. Si tratta di lastre sottili costituite in genere da 30-70 celle fotovoltaiche assemblate, saldate tra loro e ricoperte da un vetro protettivo e da una cornice esterna di alluminio.

Sono composti da celle monocristalline e si ottengono tagliando in fette dei lingotti di silicio attraverso il sistema Czochralski, ovvero un processo in cui si immerge un seme di cristallo in un fuso di silicio e dal quale si genera un unico macro cristallo che forma un lingotto di silicio.

I pannelli monocristallini sono abbastanza sensibili agli ombreggiamenti, anche parziali, ma lavorano molto bene se i raggi del sole sono perfettamente perpendicolari alla loro superficie.

Infine, questi pannelli offrono un rendimento elevato e sono noti per la loro durata a lungo termine che può raggiungere i 25 anni.

Pannello fotovoltaico monocristallino

Pannelli policristallini

I pannelli policristallini sono caratterizzati da una colorazione blu cangiante e hanno caratteristiche del tutto assimilabili, ma non coincidenti, ai pannelli monocristallini. Si costituiscono dagli scarti del taglio dei lingotti monocristallini e sono formati da celle di silicio policristallino formate da più cristalli orientati in modo casuale con una struttura caotica.

Questa struttura più disordinata rende le prestazioni un po’ inferiori soprattutto se colpite perpendicolarmente dai raggi del sole. Tuttavia, questa imperfezione rappresenta anche la loro peculiarità in quanto riescono a sfruttare meglio la luce del sole durante l’arco della giornata.

Anche questo tipo di pannello, come il precedente, è particolarmente sensibile agli ombreggiamenti, anche parziali, che potrebbero causare improvvisi o temporanei cali di rendimento sull’intero impianto.

Pannello fotovoltaico policristallino

Pannelli fotovoltaici a film sottile

I pannelli fotovoltaici a film sottile appaiono come una lastra di un colore scuro uniforme. Sono realizzati con silicio amorfo o tellururo di cadmio e non hanno una struttura cristallina.

Sono formati da uno strato in vetro o superfici plastiche su cui è applicato uniformemente uno strato di silicio dal piccolissimo spessore. Una caratteristica che li contraddistingue è la versatilità. Infatti sono impiegati in svariati contesti di integrazione architettonica, di arredo urbano o di elementi strutturali di edifici.

Tra i vantaggi del film sottile vi è anche quello di lavorare bene con la luce diffusa o con le alte temperature. Infine, questa tipologia di pannelli sono i più economici presenti sul mercato, anche se il loro rendimento è inferiore rispetto alle altre tipologie.

Pannello a film sottile

Pannelli fotovoltaici con o senza accumulo

Quando si parla di energia fotovoltaica è necessario distinguere tra fotovoltaico con accumulo e senza accumulo.

Il fotovoltaico con accumulo consiste in particolari batterie ricaricabili integrate nell’impianto che consentono di immagazzinare l’energia prodotta e non consumata per renderla disponibile nelle ore serali/notturne o nei periodi di scarsa radiazione solare.

Il fotovoltaico con accumulo è particolarmente conveniente nel caso in cui si verifica un elevato fabbisogno di energia elettrica, costi alti in bolletta, impossibilità di cedere il surplus di elettricità alla rete e forte instabilità della produzione di energia elettrica dall’impianto fotovoltaico. Per capire quanto sia vantaggiosa l’implementazione di un sistema di accumulo nell’impianto, è utile effettuare, in fase di progettazione, l’analisi economica mediante specifici software di progettazione fotovoltaica.

Il fotovoltaico senza accumulo, invece, si basa sul funzionamento classico in cui l’energia solare viene prodotta e utilizzata immediatamente. Non prevede l’uso di batterie o sistemi di accumulo ed è spesso considerato il più economico tra quelli disponibili sul mercato. L’installazione di un impianto senza accumulo comporta, secondo le stime, una spesa circa il 30% inferiore rispetto a quella necessaria per gli impianti con accumulo.

Quanto durano i pannelli fotovoltaici?

La durabilità di un pannello fotovoltaico dipende da numerosi aspetti tra cui:

• tipo e qualità dei moduli fotovoltaici;
• manutenzione ordinaria e pulizia periodica dei pannelli;
• condizioni atmosferiche;
• livello di inquinamento;
• assenza di componenti meccaniche.

In generale, la vita utile di un pannello fotovoltaico è di circa 25-30 anni.

Smaltimento dei pannelli fotovoltaici

Lo smaltimento dei pannelli fotovoltaici è una procedura piuttosto semplice, visto che i materiali che li compongono sono quasi tutti riciclabili.

La normativa sullo smaltimento dei pannelli (D. Lgs. 49/2014, attuazione della Direttiva 2012/19/UE) prevede che i moduli fotovoltaici rotti o non più funzionanti siano classificati come rifiuti RAEE, ossia quella categoria alla quale appartengono i rifiuti da apparecchiature elettriche ed elettroniche.

Nello specifico, è possibile distinguere 3 casistiche:

• gli impianti fotovoltaici domestici (ossia gli impianti da 3 a 10 kW) a fine ciclo devono essere conferiti dal soggetto responsabile ad un centro di raccolta. Il costo dello smaltimento è gratuito per il proprietario;
• gli impianti fotovoltaici professionali (di potenza nominale superiore o uguale a 10 kW) devono essere conferiti dal soggetto responsabile presso un impianto di trattamento autorizzato. Il costo delle operazioni di smaltimento grava, per gli impianti entrati in esercizio prima del 12 aprile 2014, sul produttore in caso di sostituzione e sul proprietario in tutti gli altri casi. Successivamente a tale data, il costo è a carico del produttore;
• per i pannelli incentivati, il GSE trattiene una parte dell’incentivo a titolo cautelativo, in previsione dello smaltimento futuro dei pannelli solari.

Qual è la differenza tra pannelli solari termici e fotovoltaici?

Pannelli solari termici e fotovoltaici sono spesso erroneamente utilizzati come sinonimi. I primi sono la componente principale di un impianto solare termico mentre i secondi sono la componente principale di un impianto fotovoltaico. Entrambi sfruttano l’energia solare ma a fini molto differenti.

Il solare termico sfrutta l’irraggiamento solare per produrre calore, ossia energia termica per la produzione di acqua calda sanitaria. Il fotovoltaico, invece, sfrutta sempre l’energia del sole ma per produrre energia elettrica.

Ad ogni modo, in generale i pannelli solari continuano a funzionare e a generare energia anche dopo il periodo di garanzia, anche se potrebbero sperimentare una leggera riduzione delle prestazioni nel corso degli anni.

I vantaggi dei pannelli fotovoltaici

Le molteplici utilità derivanti dall’impiego dei pannelli solari fotovoltaici nella produzione di energia si riflettono positivamente sia sull’ambiente che sulle finanze personali. Di seguito, sono elencati i benefici associati all’implementazione di un impianto fotovoltaico:

• energia rinnovabile: l’energia solare è la fonte rinnovabile più sfruttata e può essere utilizzata ovunque;
• riduzione dell’impatto ambientale: la produzione di energia elettrica da fonti solari consente di ridurre le emissioni di CO2, contribuendo alla lotta contro il riscaldamento globale;
• autonomia energetica: l’installazione di un impianto fotovoltaico riduce la dipendenza dalla rete elettrica nazionale;
• miglioramento della classe energetica dell’edificio: l’installazione di un impianto fotovoltaico può elevare la classe energetica dell’edificio, aumentandone il valore complessivo e rendendolo più attrattivo sul mercato immobiliare;
• accesso agli incentivi statali: vi sono diverse agevolazioni fiscali per promuovere l’installazione di impianti fotovoltaici. Tali incentivi contribuiscono a mitigare i costi iniziali, rendendo l’investimento ancora più vantaggioso. Per gestire in maniera corretta le pratiche degli incentivi fiscali, ti suggerisco di utilizzare il software per la gestione dei bonus edilizi che ti consente di gestire in sicurezza le pratiche delle agevolazioni in maniera facile e veloce.

Quanto costano i pannelli fotovoltaici?

Non è possibile definire un costo complessivo in quanto questo varia in base alla tipologia dei pannelli utilizzati, al numero dei moduli necessari, alla qualità dei componenti, alla potenza dei moduli fotovoltaici, alla presenza o meno di sistemi di accumulo, al costo per l’installazione e il tipo di montaggio dei pannelli solari. Per approfondire puoi leggere questo contenuto che tratta proprio il costo dell’impianto fotovoltaico.

Pannelli fotovoltaici: le FAQ

Che cos’è l’effetto fotovoltaico e come genera elettricità?

L’effetto fotovoltaico è il principio fisico che permette ai pannelli fotovoltaici di convertire la luce solare in energia elettrica. Quando i fotoni colpiscono le celle fotovoltaiche, trasferiscono energia agli elettroni, facendoli muovere e creando così una corrente elettrica continua.

Quali sono i principali materiali utilizzati nelle celle fotovoltaiche?

I materiali più comuni utilizzati per le celle fotovoltaiche sono il silicio monocristallino, policristallino e amorfo. Ogni tipo ha caratteristiche specifiche in termini di rendimento, durata e sensibilità alle condizioni atmosferiche.

In quali casi è conveniente installare un impianto fotovoltaico con accumulo?

Un impianto fotovoltaico con accumulo è vantaggioso quando si ha un elevato consumo energetico nelle ore serali o notturne, costi elevati in bolletta, impossibilità di cedere il surplus alla rete o instabilità della produzione energetica.

Qual è la differenza tra pannelli monocristallini e policristallini?

I pannelli monocristallini sono caratterizzati da un rendimento più elevato e un colore uniforme scuro, ma sono più sensibili all’ombreggiamento. I pannelli policristallini, invece, hanno un aspetto blu cangiante, un costo inferiore e riescono a sfruttare meglio la luce diffusa durante l’arco della giornata.

I pannelli fotovoltaici funzionano anche in condizioni di cielo coperto?

Sì, i pannelli fotovoltaici possono funzionare anche in condizioni di cielo coperto, sebbene con un’efficienza ridotta. I pannelli a film sottile, in particolare, sono più adatti alla luce diffusa rispetto ai pannelli monocristallini o policristallini.

Cosa succede ai pannelli fotovoltaici a fine vita?

I pannelli fotovoltaici sono considerati rifiuti RAEE e devono essere smaltiti secondo la normativa vigente. I materiali che li compongono sono in gran parte riciclabili e il processo di smaltimento varia in base alla potenza dell’impianto e alla data di installazione.

Quali sono i principali vantaggi economici dell’installazione di un impianto fotovoltaico?

I principali vantaggi economici includono la riduzione delle bollette elettriche, l’accesso a incentivi e agevolazioni fiscali e l’aumento del valore dell’immobile grazie al miglioramento della classe energetica.

Quali fattori influenzano la durata di un impianto fotovoltaico?

La durata dipende dalla qualità dei moduli, dalla manutenzione periodica, dalle condizioni ambientali e dal livello di inquinamento. In media, un impianto fotovoltaico ben mantenuto ha una vita utile di 25-30 anni.

È possibile combinare impianti fotovoltaici con altre tecnologie energetiche?

Sì, i sistemi fotovoltaici possono essere integrati con impianti solari termici o pompe di calore per ottimizzare l’autosufficienza energetica e ridurre ulteriormente i costi di gestione.

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