Come funzionano pannelli fotovoltaici

di Salvatore Aranzulla

Dopo aver ricevuto l'ennesima bolletta dall'importo esorbitante, ti sei convinto a fare qualcosa per ridurre i tuoi consumi e quindi le spese che sei costretto a sostenere. Hai iniziato rispettando i classici accorgimenti per risparmiare corrente, come sfruttare fino a che è possibile la luce naturale, usare lampadine LED o smart, evitare di lasciare gli elettrodomestici in stand-by e così via.

Ora, però, hai pensato che potresti fare di più, e così dare un taglio veramente netto al costo dell'energia. Come? Ricorrendo alle fonti di energia rinnovabile, e in particolare al fotovoltaico. Il punto è: da dove cominciare? In primis, infatti, vorresti capire come funzionano i pannelli fotovoltaici e quali sono le varie tipologie disponibili, in modo da fare una scelta il più possibile oculata.

Ebbene, in questo articolo, proverò a fare luce sulla materia descrivendoti prima i pannelli solari in generale, e poi classificandoli in base al “grado di autonomia” offerto (rispetto alla rete tradizionale) e alle loro caratteristiche specifiche (plug and play, termici…). Sei già elettrizzato, non è vero? Allora, se la premessa è chiara, non mi resta che augurarti buona (illuminante) lettura!

Indice

Come funzionano i pannelli fotovoltaici: informazioni preliminari
Come funziona fotovoltaico con accumulo
Come funziona fotovoltaico senza accumulo
Come funzionano pannelli solari da balcone
Come funzionano pannelli solari termici
Come funziona fotovoltaico: ricavi
Come funzionano i pannelli solari spiegato ai bambini
Quali pannelli fotovoltaici comprare

Come funzionano i pannelli fotovoltaici: informazioni preliminari

pannelli solari

Saprai già che il fotovoltaico è un sistema di produzione di energia rinnovabile (energia solare, nello specifico), adottato da aziende e privati cittadini che sempre più spesso decidono di installare pannelli solari sui tetti dei loro edifici. In effetti, al giorno d'oggi, questa può risultare una scelta molto vantaggiosa e sotto più punti di vista, non ultimo quello del risparmio in bolletta. Poi, indubbiamente, c'è da considerare l'impatto ambientale (un impianto di questo tipo non produce alcun tipo di inquinamento), oltre al surplus di valore apportato all'immobile su cui vengono posti. Per di più, l'unico intervento di manutenzione richiesto è quello di pulizia, da effettuare ogni tanto per massimizzare la produzione di corrente. Di per sé, l'impianto è poco soggetto a usura, non prevedendo parti in movimento.

Questi motivi, quasi sicuramente, ti avranno spinto a considerare la possibilità di passare al fotovoltaico. Si tratta in effetti di ciò che comunemente si dice, riguardo a questa tecnologia, trascurando forse un po' commenti di natura più tecnica. La tua curiosità è più che legittima, dunque, e nelle righe che seguono proverò a soddisfarla.

Iniziamo chiarendo com'è fatto un pannello solare (un impianto, come puoi facilmente intuire, non è altro che un sistema di pannelli o moduli fotovoltaici, che comprende poi anche una componente elettrica – i cavi – ed elettronica – un inverter, più eventualmente anche una parte meccanica-automatica per consentire l'“inseguimento” del sole).

Un pannello fotovoltaico è costituito a sua volta da unità più piccole, le celle fotovoltaiche. Tali celle sono composte da silicio e presentano elettroni liberi che si “agitano”, ricevendo energia dalle particelle di luce (i fotoni). Il movimento, contestualmente, produce il flusso di elettricità.

Pannelli solari (dettaglio)

In effetti, la faccenda è un po' più complicata di così. Gli elettroni colpiti dai fotoni si trovano tra due strati di silicio, caricati l'uno negativamente (con del fosforo) e l'altro positivamente (con del boro). In questo modo, con la presenza cioè di due poli opposti, viene stabilito un campo elettrico. Il campo elettrico, nel momento in cui i fotoni colpiranno gli elettroni, porterà questi ultimi verso le piastre metalliche ai lati della cella, e infine all'interno dei cavi elettrici.

Una peculiarità di questo sistema (preso “singolarmente”, cioè senza un inverter) è quello di produrre elettricità in corrente continua: ciò significa che gli elettroni, all'interno del circuito, si muovono in un solo verso (il loro flusso è "unidirezionale). Poiché la corrente alternata costa meno e viaggia più facilmente, viene di solito preferita alla corrente alternata. In effetti, nei nostri edifici, viene praticamente sempre sfruttata questa modalità.

Ecco dunque che si rende necessaria la trasformazione della corrente continua in corrente alternata, da realizzare tramite un inverter. Oltre a svolgere questo lavoro, in realtà, l'inverter è utile anche per una questione di sicurezza (protegge dai guasti a terra) e di monitoraggio del funzionamento (fornisce dati su tensione, corrente su entrambi i circuiti CA e CC e ancora dati relativi alla produzione energetica e al punto di massima potenza).

Come funziona fotovoltaico con accumulo

Pannelli solari

Dopo averti spiegato genericamente come funziona fotovoltaico, mi sembra opportuno entrare più nel dettaglio, dandoti almeno qualche cenno sui vari tipi.

La prima distinzione da fare è senza dubbio quella tra fotovoltaico “con accumulo” e fotovoltaico “senza accumulo”. Il primo tipo comprende un sistema di accumulo fotovoltaico, pensato per “accumulare” – appunto – l'energia prodotta in eccesso durante il giorno per poi sfruttarla durante la notte e nei giorni successivi, qualora le condizioni atmosferiche impedissero un adeguato funzionamento. In pratica, l'accumulatore consiste in delle batterie al litio (spesso preferite per la loro densità energetica più elevata, maggiore durata e minori dimensioni rispetto ad altre tecnologie di accumulo) che vengono caricate in caso di produzione eccessiva e poi scaricate all'occorrenza (quando il cielo è grigio, per esempio).

Le batterie ricevono la carica in subordine rispetto alle luci e agli elettrodomestici di casa, ovvero solo dopo che questi hanno cessato di richiedere energia. Esistono anche sistemi di gestione dell'energia che stabiliscono un ordine di priorità nella carica, ottimizzando l'uso dell'energia in base alle esigenze domestiche e alle condizioni atmosferiche.

Come funziona fotovoltaico senza accumulo

Pannelli solari

Avrai capito che il fotovoltaico con accumulo permette ai suoi utenti di essere totalmente autonomi, e quindi di azzerare i costi in bolletta. Al contrario, il fotovoltaico senza accumulo prevede un vincolo con la rete tradizionale, e quindi – a monte – la stipula di un contratto con un fornitore di energia elettrica. Essere connessi alla rete può avere diversi vantaggi, come la possibilità di ricevere o cedere energia in base alle necessità, e ciò può contribuire a mantenere un certo livello di affidabilità nell'erogazione dell'energia.

A tal proposito, se ti stai chiedendo come funziona fotovoltaico con l'Enel o altri fornitori, dopo aver ottenuto l'approvazione del progetto relativo all'impianto, dovrai presentare una richiesta di allaccio al provider di energia, che ti darà le istruzioni necessarie per procedere.

Ad allaccio effettuato, dovrai registrare il tuo impianto presso il GSE (Gestore dei Servizi Energetici), l'ente che amministra gli incentivi per le energie rinnovabili in Italia. La registrazione ti darà diritto a degli incentivi economici, previsti appunto per l'energia prodotta dall'impianto fotovoltaico.

Come funzionano pannelli solari da balcone

Pannelli

Se per qualsiasi motivo non ritieni conveniente far installare un impianto fotovoltaico “classico”, di grandi dimensioni, puoi ancora valutare la scelta del fotovoltaico da balcone. Si tratta della soluzione ideale per chi abita in un condominio, ad esempio, o comunque non può decidere autonomamente di far ricoprire il tetto di pannelli. Tieni solo conto che i pannelli fotovoltaici da balcone sono per definizione (per legge) senza accumulo, il che significa dover rinunciare anche alle agevolazioni dedicate (come quella dello scambio sul posto).

Allora, come funziona pannello solare plug and play, portatile, da balcone o da camper (tutte diciture applicabili a questi mini-pannelli)? Beh, in verità, non c'è molto da dire: basta collegare direttamente ad esso i dispositivi elettronici da alimentare, come smartphone, tablet e piccoli elettrodomestici. Tali pannelli sono infatti dotati di connettori USB o comunque porte a cui “agganciare” gli apparecchi per sfruttare l'energia prodotta in tempo reale. Chiaramente, parliamo di dispositivi in grado di gestire un quantitativo limitato di energia, e quindi adatti agli usi specifici di cui sopra.

Alternativamente, è possibile che col pannello sia incluso un dispositivo di archiviazione energetica come una piccola batteria esterna, utile a immagazzinare l'energia durante il giorno per poi fornirla nelle ore serali/notturne. Quanto tempo può alimentare un dispositivo o quanto tempo può immagazzinare l'energia, ovviamente dipende dai casi.

In alcune configurazioni, potrebbe essere possibile utilizzare l'energia prodotta per alimentare dispositivi o caricare batterie mentre il pannello è connesso anche alla rete elettrica. In questo modo, se l'energia solare fosse insufficiente, il dispositivo potrebbe attingere all'energia dalla rete.

Come funzionano pannelli solari termici

Solari

Dopo aver spiegato come funziona fotovoltaico plug and play, direi di concentrarci su un altro tipo particolare di fotovoltaico, passando a illustrare come funzionano i pannelli solari per acqua calda.

Un pannello solare termico è progettato per catturare l'energia termica del sole e utilizzarla per scaldare un fluido termovettore, a sua volta utilizzato per produrre acqua calda sanitaria o riscaldare gli ambienti.

A volte, a proposito degli impianti utilizzati per produrre calore, si parla di fotovoltaico con pompa di calore. Il funzionamento è sostanzialmente identico a quello descritto qui sopra; solo che, al posto di utilizzare direttamente il calore per il riscaldamento, il fluido termovettore può essere collegato a una pompa di calore, utile ad amplificare il calore prelevato dai pannelli solari e quindi riscaldare ulteriormente l'acqua o l'aria. Maggiori info qui.

Come funziona fotovoltaico: ricavi

Euro

A proposito del fotovoltaico senza accumulo, si parla proprio di una serie di vantaggi dal punto di vista economico riassumibili in quattro punti.

Conto energia. Il conto energia è uno dei principali meccanismi di incentivazione per l'energia prodotta da impianti fotovoltaici in Italia. Esso prevede un pagamento fisso per ogni kWh di energia prodotta dall'impianto, e la tariffa può variare in base a diversi parametri, inclusa la potenza dell'impianto e la data di entrata in esercizio. Il Conto energia può avere diverse fasce temporali e tariffe (il meccanismo può subire variazioni nel tempo per gli aggiornamenti normativi, quindi è bene mantenersi informati).
Scambio sul posto (net metering). Come funziona fotovoltaico scambio sul posto? Semplice: innanzitutto, lo scambio sul posto è un meccanismo che consente di autoconsumare l'energia prodotta dall'impianto fotovoltaico, evitando di immagazzinarla, come invece avviene per il fotovoltaico con accumulo. L'energia in eccesso prodotta durante il giorno viene immessa nella rete elettrica, e il proprietario dell'impianto riceve un credito in termini di kWh che può utilizzare quando l'impianto non produce abbastanza energia, come di notte. La possibilità di usufruire dello scambio sul posto dipende dalle normative locali e potrebbe non essere disponibile ovunque. Inoltre, il credito accumulato può variare a seconda delle tariffe e delle condizioni locali.
Incentivi regionali e locali. In alcune regioni o comuni, potrebbero essere disponibili incentivi aggiuntivi per promuovere l'installazione di impianti fotovoltaici.
Credito di imposta. In alcuni casi, è possibile beneficiare di crediti d'imposta o agevolazioni fiscali legate all'installazione di impianti fotovoltaici. A tal proposito, ti consiglio di consultare un professionista fiscale per ottenere informazioni dettagliate.

Il panorama degli incentivi può cambiare nel tempo a causa delle politiche energetiche nazionali e regionali. Per ottenere informazioni aggiornate sui vari incentivi disponibili, ti consiglio di consultare le ultime normative e politiche energetiche in vigore presso il GSE e altre autorità competenti. Puoi contattare direttamente il GSE seguendo le istruzioni riportate in questa guida.

Come funzionano i pannelli solari spiegato ai bambini

Pannelli solari

Come spiegare semplicemente il funzionamento dei panelli solari? Beh, potremmo immaginarli come delle grandi “macchine” che usano la luce del sole per fare qualcosa di magico: produrre energia! Apparentemente, si tratta di “tegole” un po' particolari che vengono messe sul tetto delle case o in altri posti soleggiati in modo che catturino i raggi solari. Al loro interno, però, c'è tutto un mondo… o tutto un sole!

Nei pannelli, infatti, si trovano delle piccole cose chiamate “cellule solari”. Queste cellule sono incaricate di compiere la magia, ovvero di trasformare in elettricità la luce che colpisce il pannello.

Quando il sole non splende molto, i pannelli solari possono comunque funzionare un po', ma non producono tanta elettricità quanto quando c'è il sole forte. In quei momenti, si può sfruttare l'energia che è stata immagazzinata durante i giorni soleggiati, a patto che i pannelli siano “aiutati” (affiancati) da delle apposite batterie.

Quali pannelli fotovoltaici comprare

Pannelli

Ora che ti è chiaro il funzionamento dei pannelli solari, e magari ti sei anche convinto a passare al fotovoltaico, puoi fare riferimento alla guida che ho scritto per aiutarti a scegliere i migliori per tipologia, condizioni di utilizzo e potenza e dimensione: la trovi semplicemente cliccando qui.

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Salvatore Aranzulla è il blogger e divulgatore informatico più letto in Italia. Noto per aver scoperto delle vulnerabilità nei siti di Google e Microsoft. Collabora con riviste di informatica e cura la rubrica tecnologica del quotidiano Il Messaggero. È il fondatore di Aranzulla.it, uno dei trenta siti più visitati d'Italia, nel quale risponde con semplicità a migliaia di dubbi di tipo informatico. Ha pubblicato per Mondadori e Mondadori Informatica.