Fotovoltaico - Tipologia Moduli
Un modulo fotovoltaico è un dispositivo in grado di
convertire l'energia solare direttamente in energia
elettrica mediante effetto fotovoltaico ed è usato per
generare elettricità a partire dalla luce del sole. Pur
essendo esternamente simile al pannello solare termico, ha
scopo e funzionamento profondamente differenti.
I moduli cristallini
I moduli in silicio mono o policristallino coprono la
maggior parte del mercato fotovoltaico. Entrambe queste
tecnologie sono costruttivamente simili, e prevedono che
ogni cella fotovoltaica sia cablata in superficie con una
griglia di materiale conduttore che ne canalizzi gli
elettroni. Ogni singola cella viene connessa alle altre
mediante ribbon metallici, in modo da formare opportune
serie e paralleli elettrici.
I moduli sono costituiti da diversi strati sovrapposti:
a) Lastra di vetro temperato: serve a proteggere la
parte attiva pur consentendo il passaggio della luce.
Ha uno spessore di circa 4 mm, ma può eventualmente avere
spessori maggiori in caso di necessità, ad esempio per
consentire la pedonabilità per le opere di manutenzione.
Quindi nonostante la presenza del vetro il modulo non
diventa un oggetto fragile. La lastra deve avere una
resistenza alle intemperie piuttosto elevata, in particolare
alla grandine anche di grosse dimensioni. È richiesto un
livello di trasmittanza, ossia una capacità di essere
attraversata dalla luce solare maggiore del 90%, per non
compromettere il rendimento complessivo del modulo. Tali
valori di trasmittanza, superiori a quelli dei vetri comuni,
si possono ottenere utilizzando particolari composizioni con
basso contenuto di ferro.
b) Foglio sigillante in EVA (acetato viniletilenico)
anteriore: assicura una grande resistenza agli agenti
atmosferici e un buon isolamento dielettrico. Il foglio di
EVA è trasparente, per consentire il passaggio della luce e
per evitarne l’ingiallimento causato dalla lunga esposizione
ai raggi ultravioletti, si aggiungono degli additivi che
ritardano tale effetto. L’EVA svolge tre funzioni
importanti.
La prima è quella di sigillare completamente la cella
evitando il contatto con il vetro, poi quella di riempire
completamente gli interstizi che si formerebbero a causa
della rugosità della cella, ed infine isolare elettricamente
la parte attiva del resto del modulo.
c) Cella fotovoltaica, realizzata a partire da un
wafer la cui struttura cristallina è opportunamente drogata
in modo da realizzare una giunzione p-n e che può essere:
- Monocristallina quando e composta da un singolo cristallo:
grazie all'orientamento esattamente eguale della struttura
cristallina lungo una direzione, è possibile ottenere un
elevato grado di efficienza. Ha di solito colore nero.
- Policristallina quando il wafer non è strutturalmente
omogeneo ma organizzato in grani localmente ordinati. E’ di
colore bluastro.
d) Foglio sigillante in EVA posteriore;
e) Sostegno posteriore: è costituito o da una lastra
di vetro, per aiutare lo scambio termico, o in
polivinilfloruro, Tedlar, ampiamente utilizzato per le sue
caratteristiche antiumidità. Le sue caratteristiche di
impermeabilità all’ossigeno e all’acqua possono
eventualmente essere potenziate mediante fogli metallici e
polimerici.
Nei moduli a doppio vetro si utilizza uno strato di vetro
anche per il lato posteriore, ma con caratteristiche più
scadenti di trasmissione della luce di quelle del vetro
anteriore. Questa soluzione se da un lato consente maggiore
protezione e trasparenza, spesso necessari nelle
applicazioni architettoniche, dall’altro lato però comporta
un aumento sia di peso che di prezzo.
Le terminazioni elettriche dei ribbon vengono chiuse
in una morsettiera stagna generalmente fissata alla
superficie di sostegno posteriore, e il "sandwich" ottenuto
viene fissato ad una cornice in alluminio, che sarà
utile al fissaggio del pannello alle strutture di sostegno
atte a sostenerlo e orientarlo opportunamente verso il sole.
Moduli a film sottile
I moduli a film sottile sono ottenuti depositando pochi
micron di materiale semiconduttore su dei substrati di basso
costo (vetro, metallo o plastica). Moduli a film sottile
sono realizzati utilizzando il Silicio amorfo e
microcristallino (a-Si e μ-Si, con 6-9% di efficienza
commerciale), il Diseleniuro di Rame e Indio (CIS, CIGS nel
caso di aggiunta di Gallio, 10-12%), o il Tellururo di
Cadmio (CdTe, 9%). I film di materiale semiconduttore
possono essere depositati direttamente su larga area (fino a
superfici maggiori di 5m2). E’ possibile anche realizzare
giunzioni multiple sovrapponendo in serie più strati di
materiali semiconduttori, con risposta ottimale per
intervalli diversi di lunghezze d’onda dello spettro della
luce solare, allo scopo di sfruttarlo al meglio. I moduli a
film sottili dimostrano anche una migliore resa energetica
rispetto ai moduli in silicio cristallino di pari potenza
nominale: essi presentano, infatti, una minore dipendenza
dell’efficienza dalla temperatura di funzionamento, che nei
mesi estivi può raggiungere anche i 70°C, e una buona
risposta anche quando la componente di luce diffusa è più
marcata e quando sono bassi i livelli di irradianza
(rispetto al riferimento standard di 1000 W/m2) ), ossia
nelle giornate nuvolose. Agli indubbi vantaggi della
tecnologia a film sottile non è corrisposto fino a oggi
l’aspettato successo industriale per il persistere di alcuni
fattori negativi: il confronto tra moduli a film sottili e
al silicio cristallino sfavorevole per i primi perchè di
solito non basato sulle rese energetiche ma sulle efficienze
standard; difficoltà nel passaggio dalle linee pilota a
quelle industriali per l’alto costo dell’investimento
richiesto (è necessario approntare la linea di fabbricazione
completa, mentre nel caso del silicio cristallino si possono
acquistare i wafer da aziende specializzate). Nell’ultimo
periodo, però, è stata riscontrata una netta inversione di
tendenza con l’entrata in funzione di nuovi impianti e
l’annuncio di nuovi investimenti, sia in Europa che nel
resto del mondo, per realizzare stabilimenti di produzione
di moduli a film sottili con tutte le diverse tecnologie
disponibili (silicio, CIGS e CdTe), ma con una forte
prevalenza di quella, più consolidata, del silicio. (Fonte
Enea)
Le tegole fotovoltaiche
Le tegole solari sono moduli fotovoltaici che si integrano
nella normale copertura del tetto. Le singole “tegole” sono
elettricamente collegate formando così unità più grandi. Le
tegole fotovoltaiche sono state sviluppate e prodotte, già a
partire dagli inizi degli anni Novanta, da diverse aziende
che volevano offrire impianti fotovoltaici integrabili anche
dal punto di vista estetico nelle tradizionali coperture dei
tetti.
In senso letterale, la tegola solare è una tegola
tradizionale di cotto sulla quale sono state alloggiate
celle o modulino fotovoltaici. In senso lato oggi si parla
di tegole solari anche nel caso di componenti non argillosi,
ottenuti da altri materiali quali ardesia, plastica o
metallo.
Tetti canadesi od in ardesia
Nel Nord Europa e nel Nord America dove le copertura sono
costituite da lastre rettangolari embricate la tegola
fotovoltaica non è altro che un modulo avente le stesse
dimensione di uno o più elementi di copertura che viene
anch’esso embricato assicurando così l’integrazione
architettonica e l’impermeabilità.
Tetti di edifici storici vincolati
La realtà immobiliare italiana con la diffusione di
coperture a coppo e tegole e la diffusione dei centri
storici vincolati rende molto più complesso il problema
della tegola fotovoltaica. La tegola deve infatti
assomigliare ad una tegola altrimenti si realizza una
integrazione strutturale ma non estetica. Anche se questa
tecnologia è solo agli albori si intravedono due strade:
a) la costruzione di tegole in materiale plastico che
simulano la tegola vera ma hanno la parte convessa
trasparente e vi alloggiano una cella. L’accoppiamento di
due tegole comporta, simultaneamente, l’unione meccanica e
quella elettrica. In caso di ombreggiamento o
malfunzionamento di un elemento, il sistema di diagnostica e
controllo lo esclude, non pregiudicando il funzionamento
delle tegole vicine. Le tegole Tech-tile, questo il nome del
marchio, saranno distribuite nel 2008.
b) Tegole in cotto di grandi dimensioni, a basso impatto
visivo del pannello fotovoltaico in essa contenuto Questo
tipo di tegola si monta come una tegola normale, e si
ottiene un tipo di tetto molto stabile e anche in un secondo
tempo, si può inserire il pannello fotovoltaico, fino a
raggiungere la massima estensione del tetto . Con questa
tegola si possono facilmente fare operazioni di
manutenzione, sostituzione di pannelli danneggiati, oppure
sostituzione di pannelli da un tipo ad un altro. In
definitiva si tratta di un tipo di tetto che permette una
buona modularità, un basso impatto visivo, Certo è
indispensabile una buona progettazione, con uno studio
accurato delle ombre, prevedendo prima della posa, anche i
cavi di collegamento . I modelli di tegola al momento sono
due, un terzo, in fase di test è un modello di tegola ad
incastro sulla mezzeria. Il marchio è della Fornace Fonti.