I pannelli solari fotovoltaici (PV) sono progettati per convertire la luce solare direttamente in energia elettrica utilizzabile. Questo processo si basa sull’effetto fotovoltaico, scoperto da Alexandre Edmond Becquerel nel 1839. Ecco nel dettaglio come funzionano i pannelli solari fotovoltaici:

• I pannelli fotovoltaici sono costituiti da celle solari, spesso realizzate in silicio, un materiale semiconduttore. Queste celle sono l’unità fondamentale del pannello.
• Quando la luce solare colpisce una cella del pannello, i fotoni (particelle di luce) trasferiscono la loro energia agli elettroni presenti nel materiale semiconduttore. Questo incremento di energia permette agli elettroni di liberarsi dai loro atomi.
• Le celle solari sono costruite con due strati di silicio, uno dopato con fosforo (strato n) e l’altro con boro (strato p). Questa configurazione crea un campo elettrico tra gli strati, che agisce come un diodo permettendo il flusso unidirezionale degli elettroni.
• Gli elettroni liberati si muovono attraverso il circuito esterno, generando una corrente elettrica. Questa corrente continua può essere utilizzata immediatamente o immagazzinata in batterie per un uso futuro.
• L’energia prodotta dalle celle solari è in corrente continua (DC) e viene convertita in corrente alternata (AC), che è la forma di energia utilizzata dalla maggior parte degli apparecchi domestici e industriali, utilizzando un Inverter.

L’efficienza dei pannelli solari fotovoltaici dipende da vari fattori, inclusa la qualità dei materiali, l’angolo di incidenza della luce solare e le condizioni ambientali.

I pannelli solari termici sono utilizzati per riscaldare l’acqua attraverso l’energia del sole. Questo sistema è semplice ed efficace, dato che si basa sostanzialmente sui principi della termodinamica. Questi pannelli possono essere a circuito aperto o a circuito chiuso. Vediamo come funzionano i pannelli solari termici:

• Il componente principale di un sistema solare termico è il collettore solare, che assorbe la radiazione solare e la converte in calore. I collettori possono essere piani o a tubi sottovuoto.
• All’interno del collettore, un fluido termovettore (spesso acqua o una miscela di acqua e antigelo) circola attraverso i tubi, assorbendo il calore generato dal collettore solare.
• Nei sistemi a circuito chiuso, il fluido riscaldato circola attraverso uno scambiatore di calore, trasferendo così l’energia termica all’acqua destinata all’uso domestico o industriale.
• L’acqua riscaldata viene quindi immagazzinata in un serbatoio di accumulo, pronta per essere utilizzata. Questo serbatoio è generalmente ben isolato per mantenere il calore per periodi più lunghi.
• La circolazione del fluido può essere naturale (termosifonica) o forzata mediante pompe. Nei sistemi termosifonici, il fluido circola grazie alla differenza di densità tra il fluido caldo e quello freddo. Nei sistemi forzati, una pompa assicura un flusso costante, migliorando l’efficienza.

I pannelli solari termici sono particolarmente efficaci nei climi soleggiati e possono ridurre significativamente il consumo di energia per il riscaldamento dell’acqua, diminuendo i costi e le emissioni di CO2.

Oltre ai pannelli solari fotovoltaici e termici, esistono anche pannelli solari ibridi (PVT), che combinano entrambi i sistemi in un unico dispositivo. Questi pannelli sono progettati per generare sia elettricità che calore, ottimizzando l’uso dello spazio e migliorando l’efficienza complessiva. Ecco come funzionano:

• I pannelli ibridi sono costituiti da una cella fotovoltaica abbinata a un sistema di collettori termici. La cella fotovoltaica produce elettricità, mentre il collettore sottostante cattura il calore generato.
• Uno dei vantaggi dei pannelli ibridi è che il sistema termico raffredda le celle fotovoltaiche, migliorandone l’efficienza. Le celle PV tendono a perdere efficienza quando si surriscaldano, quindi il raffreddamento termico è assolutamente benefico.
• Il calore recuperato può essere utilizzato per riscaldare l’acqua, come nei pannelli solari termici tradizionali. Questo permette di massimizzare l’energia solare disponibile.

Ora che sappiamo come funzionano i pannelli solari, possiamo elencarne i numerosi vantaggi:

• Energia pulita. La produzione di energia solare non emette gas serra, contribuendo a ridurre l’impatto ambientale.
• Risparmio sui costi. Nonostante l’investimento iniziale, i pannelli solari possono ridurre significativamente i costi energetici nel lungo termine.
• Indipendenza energetica. L’energia solare può ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e dalle reti elettriche tradizionali.

Tuttavia, ci sono anche degli elementi che possono incidere negativamente sulla scelta di installare presso la propria abitazione, azienda o ufficio dei pannelli fotovoltaici o solari, come ad esempio:

• L’investimento iniziale. I costi di installazione possono essere elevati, anche se stanno diminuendo con il progresso tecnologico e gli incentivi governativi.
• L’efficienza variabile. L’efficienza dei pannelli solari può variare in base alla posizione geografica, alle condizioni meteorologiche e all’orientamento dei pannelli.
• La manutenzione. I sistemi solari richiedono una manutenzione periodica per assicurare il massimo rendimento.