Fotovoltaico a concentrazione: misure di efficienza

1 Fotovoltaico 4 1 Fotovoltaico Benché l’interazione tra fotoni ed elettroni e la sua utilizzabilità per produrre corrente elettrica sia nota fin dal ‘800, fu solo con lo studio sistematico dei semiconduttori che questo fenomeno fisico assunse un ruolo chiave nel panorama delle energie alternative. Usando i semiconduttori, infatti, si è riusciti a realizzare le prime celle che garantissero una certa efficienza di conversione dell’energia solare in energia elettrica. Uno dei principali impieghi delle celle fotovoltaiche è stato in ambito spaziale. I satelliti vennero da subito dotati di sistemi di alimentazione a pannelli fotovoltaici. Per esempio il Vanguard della NRL (National Research Lab) nel 1958. Oggi l’energia elettrica è indispensabile per lo svolgimento delle nostre attività. Per questo motivo siamo sempre alla ricerca di nuove fonti. L’attuale produzione energetica è basata principalmente su combustibili fossili. Essi sono disponibili in quantità limitate sul nostro pianeta e destinati ad esaurirsi. L’aumento della popolazione mondiale, ma anche delle esigenze dei singoli individui, porta ad un costante incremento della richiesta di energia. Il sole è certamente un valido candidato tra le varie fonti alternative. Esistono vari modi di utilizzare l’energia solare. La prima grande distinzione può essere fatta fra solare termico e fotovoltaico. Con il solare termico si cerca sostanzialmente di produrre calore per irraggiamento. Generalmente questa energia viene utilizzata per riscaldare acqua, per uso sanitario o per scaldare ambienti. Esistono anche centrali termoelettriche che utilizzano il sole come sorgente di calore. In questa applicazione il sole viene concentrato con specchi parabolici per produrre vapore la cui energia viene trasformata in energia elettrica tramite turbine. Il fotovoltaico sfrutta l’effetto fotoelettrico. Si utilizzano materiali semiconduttori di vario tipo. Come si vedrà in seguito, i fotoni interagiscono con le giunzioni a semiconduttore creando una separazione di cariche positive e negative. Il semiconduttore agisce da generatore di corrente, in condizioni opportune che vedremo in dettaglio nel paragrafo 1.5 In questo campo il panorama è variegato. Il semiconduttore più utilizzato per applicazioni commerciali è attualmente il silicio. Il silicio per uso fotovoltaico oggi è in vendita in forma monocristallina, policristallina, film sottile, amorfo. Ognuna di queste forme ha pregi e difetti. L’idea per abbattere i costi delle strutture in silicio è quella di ridurre lo spessore. Essendo un semiconduttore a bandgap indiretto, il silicio soffre di una limitazione intrinseca per quanto riguarda il coefficiente di assorbimento, cioè la sua capacità di interagire con i fotoni. Questo rende necessari spessori relativamente grandi rispetto ad altri semiconduttori. Oltre al silicio sono disponibili materiali più efficienti, ma più costosi. In applicazioni dove il costo diventa secondario rispetto ad altre esigenze (per esempio il peso nelle in applicazioni spaziali), hanno trovato spazio le celle multigiunzione. Si tratta di eterogiunzioni composte da elementi dei