Modulo e pannello PV – cosa sono e come funzionano?

Durante la trasformazione energetica, i moduli e i pannelli fotovoltaici giocano un ruolo chiave. Grazie alla loro capacità di convertire la radiazione solare in energia elettrica, questi dispositivi innovativi costituiscono le fondamenta di una nuova era per l'energia rinnovabile. In questo articolo risponderemo quindi alla domanda: cosa è un modulo, come funziona un pannello PV e quali sono le sue tipologie.

Modulo PV – cosa è? 

Prima di considerare le differenze tra un modulo PV e un pannello PV, è utile esaminare l'acronimo stesso che accompagna questi concetti. Cosa significa PV? Questo termine deriva dall'inglese “photovoltaics,” che traduciamo come fotovoltaico. Quindi modulo PV è semplicemente un modulo fotovoltaico, mentre pannello PV è un pannello fotovoltaico.

Struttura del pannello fotovoltaico 

Per comprendere la differenza tra un pannello e un modulo PV, è necessario anche esaminare la struttura del pannello fotovoltaico. Ogni modulo PV è composto da celle fotovoltaiche realizzate in silicio. Il funzionamento di queste celle consiste nella conversione dell'energia solare in energia elettrica, generando corrente continua, che viene poi trasferita all'inverter. Nell'inverter, la corrente continua viene convertita in corrente alternata, pronta per alimentare le prese negli edifici e vari dispositivi elettrici.

Come funziona il fotovoltaico?

Per comprendere la differenza tra questi due concetti, è utile anche sapere come funziona un pannello fotovoltaico. Ogni singolo wafer di silicio è composto da due strati separati da una barriera di potenziale. Lo strato superiore negativo contiene un eccesso di elettroni, mentre lo strato inferiore è positivo e presenta una carenza di elettroni. Quando un fotone colpisce lo strato superiore della cella, libera elettroni aggiuntivi, creando una differenza di potenziale. Il circuito si chiude attraverso un ricevitore di energia elettrica, risultando nel flusso di corrente tra i wafer – questo è il cosiddetto fenomeno fotoelettrico.

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Le celle fotovoltaiche vengono assemblate in moduli, cioè pannelli PV, collegati in serie, creando una sorta di catena. Disposti parallelamente tra loro, formano la cosiddetta matrice fotovoltaica.

È importante che il modulo funzioni con la massima efficienza, garantendo a tutto il sistema di raggiungere il massimo livello di efficacia e aumentando la sua durata. Modulo PV è quindi uno degli elementi fondamentali che compongono il pannello fotovoltaico.

Tipi di pannelli fotovoltaici

I pannelli fotovoltaici si dividono in:

• monocristallini,
• policristallini.

Le differenze tra questi due tipi di pannelli PV derivano dal metodo di produzione. Nel caso dei pannelli policristallini, il primo passo è la cristallizzazione del silicio, utilizzata per rimuovere le impurità. Questo processo avviene a una temperatura di 1500 gradi, portando alla formazione di un blocco di silicio, che viene poi tagliato a fette, creando celle fotovoltaiche.

La struttura del pannello monocristallino è indicata dal suo stesso nome – “mono” significa singolo. La cella di questo tipo di pannelli PV è realizzata da un unico pezzo di cristallo, il che consente agli elettroni di muoversi liberamente. Tuttavia, la produzione è più complessa.

In questo processo, noto come metodo Czochralski, vengono aggiunti poliacristalli di silicio, di alta purezza, all'interno di un crogiolo, fondendoli in un'unica massa a una temperatura di 1500 gradi. Successivamente, si inserisce nel materiale fuso un seme di metallo, dal quale nel tempo crescerà un cristallo di dimensioni complete. Questo processo avviene gradualmente – dura circa 48 ore. Infine, il seme viene rimosso lentamente, lasciando un grande monocristallo cilindrico di silicio.

Cosa conviene di più? 

Ora che conosciamo le differenze tecniche, è importante comprendere i rendimenti dei vari tipi di pannelli PV. L'efficienza dei pannelli policristallini si attesta tra il 14 e il 16%, a causa di diversi fattori. Prima di tutto, i cristalli uniti non forniscono sufficiente libertà di movimento per gli elettroni. Nei casi di celle policristalline di qualità superiore, si osservano cristalli più grandi. Minore è il numero di cristalli, maggiore è la libertà di movimento degli elettroni, il che si traduce in una maggiore efficienza della cella.

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Il maggiore vantaggio delle celle monocristalline è la loro alta efficienza. I pannelli di qualità media raggiungono solitamente un'efficienza compresa tra il 16 e il 20%. Un altro vantaggio è il minor coefficiente di temperatura delle celle monocristalline. I pannelli fotovoltaici generalmente funzionano in modo più efficiente a temperature più basse, e ogni aumento della temperatura, anche di un grado Celsius, porta a una perdita di efficienza. I pannelli monocristallini si comportano meglio in questo senso, il che è particolarmente vantaggioso in condizioni in cui le temperature sono molto più elevate.

Il fotovoltaico si adatta quindi anche al clima polacco, dove le condizioni sono favorevoli sia per i pannelli monocristallini che per quelli policristallini. Questo può sorprendere, quando ci rendiamo conto che il clima in Polonia non è affatto meno favorevole per i pannelli PV rispetto, ad esempio, all'africa calda.

Questa informazione è cruciale soprattutto alla luce delle turbolenze nel settore fotovoltaico che si sono verificate negli ultimi mesi. Anche se apparentemente potrebbe sembrare che in inverno l'installazione PV non funzioni, grazie a dispositivi come moduli PV, pannelli PV e ottimizzatori, in questo periodo dell'anno è possibile produrre energia dal Sole.

Qualche parola finale 

Per sfruttare appieno il potenziale di questi dispositivi, è necessario però essere consapevoli di alcune questioni importanti riguardanti il consumo di energia. Il nuovo sistema di compensazione (net-billing) promuove l'autoconsumo, il che significa che investendo nel fotovoltaico, bisogna prepararsi a consumare la maggior parte dell'energia ottenuta. Come si può raggiungere questo obiettivo?

La soluzione più semplice, anche se piuttosto costosa, è l'acquisto di un sistema di accumulo di energia. Questi non sono ancora molto popolari in Polonia, anche se nell'edizione dello scorso anno del programma di finanziamento per il fotovoltaico “Mój Prąd”, è stata introdotta l'opzione di sovvenzione per questo dispositivo.

Un'altra soluzione è investire in un sistema di riscaldamento elettrico a infrarossi, che consumerà l'energia prodotta. In questo modo non è necessario vendere energia a basse tariffe, ma si può consumarla secondo le proprie necessità.