Una panoramica delle principali idee alla base delle fonti di energia fotovoltaica
Suddivisione sistematica in gruppi
Esistono due tipi di impianti fotovoltaici: quelli che funzionano senza essere collegati alla rete elettrica e quelli che lo sono.
1. Un sistema fotovoltaico indipendente è anche noto come sistema off-grid. Un modulo di celle solari, un motore e un accumulatore costituiscono le parti principali del sistema. È necessario installare un convertitore CA per alimentare un carico che utilizza corrente alternata (CA). Gli impianti fotovoltaici autonomi comprendono una gamma di sistemi di alimentazione autosufficienti, come i sistemi solari domestici, i sistemi di alimentazione per villaggi rurali e i sistemi fotovoltaici con batterie di accumulo. Questi sistemi possono funzionare autonomamente e vengono utilizzati per molteplici scopi, come alimentare i segnali di contatto, proteggere dai catodi e illuminare le strade con l'energia solare.
2. Un'opzione energetica on-grid converte la corrente continua prodotta dai pannelli solari in corrente alternata, compatibile con la rete elettrica cittadina. Ciò consente il collegamento diretto alla rete pubblica. Questi sistemi possono essere definiti "connessi alla rete" e possono essere dotati o meno di batterie. Il sistema di alimentazione collegato alla rete e dotato di accumulatori può essere facilmente programmato per connettersi o disconnettersi dalla rete a seconda delle necessità. I sistemi fotovoltaici connessi alla rete per le abitazioni solitamente dispongono di accumulatori. I sistemi più grandi, invece, sono generalmente privi di accumulatori, non programmabili e sprovvisti di alimentazione di riserva. Per la produzione di energia solare connessa alla rete si utilizzano grandi centrali fotovoltaiche collegate alla rete elettrica nazionale. L'energia prodotta da queste centrali arriva direttamente a case e aziende attraverso la rete. Tuttavia, investire in questo tipo di centrale elettrica comporta costi elevati, tempi di costruzione lunghi, ingombranti spazi e, negli ultimi tempi, non ha registrato progressi significativi. La maggior parte degli impianti fotovoltaici connessi alla rete è costituita da piccoli impianti distribuiti, come i pannelli solari integrati negli edifici. Questo perché richiedono pochi investimenti per la costruzione, possono essere realizzati rapidamente, hanno un impatto ambientale minimo e godono di un forte sostegno politico.
Componenti hardware
Un impianto fotovoltaico comprende un pannello solare, una batteria di accumulo, un regolatore di carica e scarica, un inverter, un quadro di distribuzione CA, un sistema di controllo per l'inseguimento solare e altri componenti importanti.
Alcuni strumenti funzionano in questo modo:
dispositivo ad energia solare
La luce, come quella del sole o di altre fonti luminose, fa sì che la cella assorba energia e generi una carica dispari alle due estremità. Questo fenomeno è chiamato "tensione fotogenerata". Molti lo chiamano effetto fotoelettrico. Affinché la luce si trasformi in elettricità, deve essere presente una forza elettromotrice tra le due estremità di una cella solare. Questo fenomeno è chiamato effetto solare. È più facile convertire l'energia in qualcos'altro con l'aiuto delle celle solari. Le celle solari sono composte da tre diversi tipi di celle al silicio: celle solari al silicio amorfo, celle solari al silicio policristallino e celle solari al silicio monocristallino.
Una batteria che immagazzina energia
Quando l'array di celle solari è acceso, il modello di utilità può immagazzinare l'energia prodotta e inviarla al carico in qualsiasi momento della giornata. Affinché le celle solari producano energia, devono essere economiche, durare a lungo, sopportare bene scariche intense, caricarsi rapidamente e richiedere poca o nessuna manutenzione. Devono inoltre essere in grado di funzionare in un ampio intervallo di temperature.
Comandi per la carica e la scarica
Senza alcun intervento da parte vostra, questo strumento può impedire che le batterie si carichino o si scarichino troppo velocemente. La durata di una batteria dipende da quante volte e quanto profondamente viene scaricata. Per questo motivo è molto importante avere un monitor di carica e scarica che possa impedire che la batteria riceva troppa o troppo poca energia.
La corrente alternata (AC) è l'opposto della corrente continua (DC), e un generatore trasforma la corrente continua in corrente alternata.
Un dispositivo che converte la corrente continua in corrente alternata. Il carico è in corrente alternata, ma le celle solari e le batterie sono in corrente continua, quindi è necessario un interruttore. In base al loro funzionamento, gli inverter possono essere suddivisi in due gruppi: inverter solari autonomi e inverter collegati alla rete elettrica. Se si utilizzano solo celle solari per produrre elettricità, è possibile alimentare un carico diverso con un generatore autonomo. Il trasformatore solare collegato alla rete elettrica è ciò che permette al sistema di energia solare di funzionare con la rete. Gli inverter sono di due tipi diversi: inverter a onda sinusoidale e inverter a onda quadra. Realizzare un circuito convertitore a onda quadra è semplice ed economico, ma presenta una componente armonica elevata. Viene solitamente utilizzato per esigenze armoniche di poche centinaia di watt o meno. Gli inverter a onda sinusoidale sono costosi, ma possono alimentare molti dispositivi diversi.
Un dispositivo che controlla l'inseguimento solare
L'angolo della luce solare cambia durante tutto l'anno, con il sorgere e il tramontare del sole in primavera, estate, autunno e inverno. Questo perché i sistemi si trovano in una posizione fissa. Affinché funzionino al meglio, le celle solari dovrebbero essere sempre rivolte verso il sole. Attualmente, il dispositivo di inseguimento solare deve utilizzare la sua longitudine e latitudine per calcolare l'angolo del sole nei diversi periodi dell'anno. In alternativa, un PLC, un microcontrollore o un software per computer manterranno la posizione del sole in ogni momento dell'anno. Questo viene fatto calcolando la posizione del sole per ottenere l'inseguimento. Viene utilizzata la teoria dei dati informatici e sono necessari i dati e le impostazioni di longitudine e latitudine della Terra. Una volta installato, non è facile spostarlo o smontarlo; i dati e i parametri devono essere reimpostati ogni volta. I principi, i circuiti, la tecnologia e le apparecchiature sono complessi e le persone non esperte non possono modificarli facilmente. I sistemi di inseguimento solare intelligenti possono essere installati su auto e treni veloci, così come su navi, marine militari, veicoli di comunicazione di emergenza e veicoli militari speciali. Il sistema di inseguimento solare intelligente garantisce che l'impianto rimanga allineato con il Sole, indipendentemente dalla sua posizione o rotazione.
Cosa si può fare con l'energia solare
L'effetto fotovoltaico derivante dall'interazione dei semiconduttori è alla base della generazione di energia fotovoltaica (FV). Trasforma la luce in elettricità. La cella solare è il componente più importante. È possibile realizzare moduli solari di grandi dimensioni disponendo le celle solari in fila e proteggendole. Questi moduli possono poi essere assemblati con regolatori di potenza e altri componenti per creare un dispositivo di generazione di energia fotovoltaica. Il fotovoltaico è vantaggioso perché può essere utilizzato in un'ampia area, dato che il sole splende ovunque. Altri vantaggi del sistema fotovoltaico sono la sicurezza e l'affidabilità, l'assenza di rumore e inquinamento, l'assenza di combustibili e la possibilità di installare i cavi in loco, il che velocizza il processo di costruzione. L'energia fotovoltaica utilizza le celle solari per convertire direttamente la luce solare in elettricità, basandosi sul principio dell'effetto fotovoltaico. Un sistema di energia fotovoltaica è composto principalmente da pannelli solari (chiamati anche moduli), regolatori e inverter. Può essere utilizzato in modo autonomo o collegato alla rete elettrica. Poiché la maggior parte di questi componenti è elettrica e non meccanica, le apparecchiature fotovoltaiche sono realizzate in modo eccellente, sono affidabili, durevoli e semplici da installare e manutenere. La tecnologia fotovoltaica potrebbe essere utilizzata per qualsiasi cosa, dall'alimentazione di astronavi e abitazioni, dai videogiochi alle centrali elettriche di dimensioni megawatt, e molto altro ancora.
Le celle solari, disponibili in wafer come silicio monocristallino, silicio policristallino, silicio amorfo e celle a film sottile, sono i componenti fondamentali del fotovoltaico. Al momento, le batterie monocristalline e policristalline sono le batterie amorfe più diffuse per piccoli sistemi e per l'alimentazione di backup dei computer.
