I pannelli fotovoltaici in silicio cristallino sono attualmente quelli più utilizzati e richiesti nel il mercato del solare domestico. Ciò che spesso viene trascurato è che in questa particolare categoria vi siano alcune differenze tra i vari prodotti disponibili. Ecco, quindi, tutto quello che c’è da sapere sulle celle solari in silicio e sui pannelli fotovoltaici monocristallini e policristallini.
Come funzionano le celle solari in silicio?
Il componente principale di queste celle solari è il silicio, un materiale che per decenni è stato impiegato di frequente per la realizzazione di apparecchiature elettroniche. Questo tipo di celle costituisce quelli che vengono definiti pannelli solari di prima generazione; la sua quota di mercato a livello mondiale è molto alta: si stima infatti che sia maggiore del 90%. Il motivo di questa popolarità è dovuta principalmente al fattore temporale: la tecnologia delle celle solari di silicio è presente dagli anni ‘50, momento in cui ha cominciato a concentrare su se stessa le attenzioni di molti; in altri termini, è la prima forma di cella solare e, pertanto, quella che ha potuto svilupparsi e migliorarsi maggiormente nel corso dei decenni.
Anche se molto utilizzato, allo stato naturale il silicio non è un buon conduttore di elettricità e necessita quindi di alcune modifiche nella sua configurazione elettronica per poter funzionare al meglio. Ciò che avviene, infatti, è un processo particolare denominato drogaggio del silicio: atomi di altri elementi vengono “mescolati” di proposito a quelli del silicio. Questi nuovi atomi migliorano le proprietà conduttive del silicio stesso, adattandolo all’impiego nell’industria fotovoltaica. In particolare al silicio vengono uniti altri due elementi, il gallio e l’arsenico. Il gallio possiede un elettrone in meno dell silicio, mentre l’arsenico uno in più.
Se atomi di arsenico vengono posti tra gli atomi di silicio si crea uno strato carico negativamente, con un elettrone in eccesso. Se, al contrario, si impiegano atomi di gallio il risultato ottenuto è l’opposto: lo strato sarà carico positivamente, con un protone in più (e, quindi, un elettrone in meno). In una cella fotovoltaica di silicio questi due strati vengono posti in alternanza ognuno attaccato all’altro, permettendo così la formazione di un campo elettrico. Quando la luce del sole colpisce le celle, l’energia stimola gli elettroni presenti in eccesso, che, grazie al campo elettrico, possono migrare verso degli elettrodi presenti sulle estremità della cella. Il processo appena descritto permette la produzione di elettricità.
Pannelli fotovoltaici monocristallini
Ora che è stato descritto il funzionamento di una cella solare di silicio, si possono analizzare le peculiarità dei pannelli fotovoltaici monocristallini e policristallini. Le celle solari monocristalline sono facili da individuare grazie al loro colore nero e vengono prodotte utilizzando una forma incredibilmente pura di silicio; questo aspetto le rende molto funzionali alla conversione dell’energia solare in elettricità.
Inoltre, le celle monocristalline sono vantaggiose in termini di spazio e durano anche più a lungo di tutte le altre celle solari a base di silicio: in molti casi, infatti, la loro garanzia si aggira sui 25 anni (la metà del loro ciclo di vita massimo previsto).
Tuttavia, sebbene i pannelli fotovoltaici monocristallini siano migliori, hanno un prezzo piuttosto elevato. Le celle monocristalline sono l’opzione più costosa di tutti i tipi di celle solari al silicio, soprattutto perché il sistema di taglio a quattro lati provoca una grande quantità di materia residuale che non può essere riutilizzata. I pannelli fotovoltaici policristallini, come vedremo più avanti, costituiscono un’alternativa più economica.
I vantaggi dei pannelli fotovoltaici monocristallini
- Le loro celle hanno un alto livello di efficienza, superiore al 15-20% (la quantità di energia convertita rapportata all’energia incidente sui pannelli)
- Vista la loro elevata efficienza, per produrre le quantità desiderate di elettricità viene occupata una superficie inferiore rispetto a quella richiesta per generare la medesima quantità impiegando pannelli con altre celle solari.
- Rispetto ad altri, i pannelli fotovoltaici monocristallini performano bene anche nelle zone con meno luce; questo li rende particolarmente attrattivi per chi vive in aree caratterizzate da nuvolosità frequente.
Gli svantaggi dei pannelli monocristallini
- Sono realizzati con le celle solari più costose sul mercato e, quindi, per qualcuno possono avere un costo proibitivo.
- Le loro performance tendono a calare con temperature molto elevate; va comunque precisato che questa piccola perdita è inferiore rispetto a quella registrata testando altre tipologie.
- Per realizzare le celle che li compongono viene prodotta una quantità elevata di materiale di scarto
Pannelli fotovoltaici policristallini
Le celle solari policristalline sono state le prime ad essere sviluppate negli anni ‘80, quando l’industria fotovoltaica era ai suoi albori. L’aspetto più interessante dei pannelli fotovoltaici policristallini è che le celle che li compongono non vengono prodotte con il medesimo processo di taglio delle celle monocristalline. In questo caso il silicio viene fuso e poi colato in uno stampo particolare, responsabile della forma “classica” della cella fotovoltaica che tutti noi conosciamo.
Il beneficio principale derivato da questo processo è la maggiore convenienza economica dei pannelli fotovoltaici policristallini; difficilmente, infatti, durante la produzione viene “sprecato” del silicio, massimizzando quindi le risorse impiegate. Ciononostante le celle policristalline sono meno efficienti delle loro corrispondenti trattate in precedenza. I pannelli solari da esse composti, inoltre, richiedono molto più spazio per produrre la medesima energia generata da un numero inferiore di pannelli fotovoltaici monocristallini. Questo è dovuto all’inferiore grado di purezza delle celle policristalline, che operano con più difficoltà anche in caso di temperature elevate. Questo può essere uno svantaggio importante per chi intende installare pannelli fotovoltaici policristallini in aree caratterizzate da climi molto caldi, mentre può addirittura essere poco considerato da chi vive in zone con temperature piuttosto basse e contenute.
Riassumendo, ecco i vantaggi dei pannelli fotovoltaici policristallini
- Il processo produttivo delle loro celle è più semplice e meno oneroso.
- Viene evitata la produzione di materiale di scarto inutilizzabile e, quindi, destinato direttamente allo smaltimento.
I pannelli policristallini hanno anche degli svantaggi
- Le alte temperatura ne abbassano significativamente le performance, rendendoli particolarmente attrattivi per chi vive in zone temperate in cui, soprattutto d’estate, le temperature non salgono in modo eccessivo.
- L’efficienza delle loro celle si attesta intorno al 15% data la purezza inferiore del silicio impiegato.
- Hanno tassi di produzione più bassi che li rendono meno efficienti in termini di spazio. Quindi è necessario più spazio sul tetto per la loro installazione.