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L’energia solare e i Pannelli Fotovoltaici

L’energia solare è l’energia associata alla radiazione solare e rappresenta la primaria fonte di energia sulla Terra.
Il sole è il motore della vita sulla terra, che ci dona luce e calore.
La sua radiazione, utilizzata dalle piante per crescere, passa sotto forma di energia chimica agli organismi viventi che mangiano le piante, ed ad altri come l’uomo che si nutrono di animali e vegetali. In questo modo sfruttiamo indirettamente l’energia solare per vivere.

L’uomo è riuscito a sfruttare direttamente questa infinita energia, tramite il pannello fotovoltaico, che genera elettricità.

Il pannello fotovoltaico, per mezzo di particolari elementi semiconduttori che vengono sollecitati non dal calore, ma dalla luce, produce energia elettrica, ma come avviene questo?

Jaes, impegnata da oltre 10 anni nel settore delle forniture industriali, è diventata il partner di riferimento per alcune delle più importanti aziende appartenenti al campo della produzione di energia elettrica rinnovabile

Il pannello fotovoltaico, formato da celle, converte la luce solare direttamente in energia elettrica per mezzo del fenomeno fisico dell’effetto fotovoltaico, ramo dell’effetto fotoelettrico, teoria descritta da Albert Einstein che per questo ricevette il premio Nobel per la Fisica nel 1921.

Il principale componente della cella fotovoltaica è il silicio, un elemento molto diffuso sulla Terra.
Il silicio viene purificato e viene modellato in sottili lamelle chiamate wafer.


Se guardiamo la struttura atomica del silicio possiamo vedere che gli elettroni di valenza, cioè quelli dello strato più esterno dell’atomo, sono legati con gli altri atomi di silicio creando un reticolo cristallino molto regolare.
Come se fossero delle coppie di alunni che si tengono la mano per mantenere la fila ordinata.

Tramite sofisticate tecnologie, vengono inseriti nel silicio purissimo atomi di elementi diversi. Questa operazione prende il nome di Drogaggio.
In questo modo, grazie alla presenza di impurità nel suo reticolo cristallino, il silicio diventa un semiconduttore; e adesso nel nostro esempio possiamo vedere che alcuni bambini non hanno più un compagno.
Il silicio appartiene al gruppo 14 della tavola periodica e possiede quattro elettroni di valenza. Se gli atomi droganti appartengono a elementi del gruppo 13 (quindi a tre elettroni di valenza), come boro o gallio, si ottiene un semiconduttore di tipo P e si crea una lacuna. Se invece si usano elementi del gruppo 15 (con cinque elettroni di valenza) come fosforo o arsenico, si ottiene un semiconduttore di tipo N e ci sarà un elettrone libero nel reticolo cristallino.

In una cella fotovoltaica al silicio, la lamina di semiconduttore di tipo P viene accoppiata a una lamina di semiconduttore di tipo N.
Formando una giunzione P-N, la zona di separazione è detta “zona di svuotamento”.
In questa zona gli elettroni liberi del lato N riempiranno le lacune del lato P e si crea una zona dove non ci sono elettroni o buchi liberi.
A causa della migrazione, il lato N diventa carico positivamente e il lato P diventa carico negativamente, producendo così un campo elettrico.

lo strato esterno di tipo N è molto più sottile
del secondo di tipo P, per permettere ai fotoni di arrivare alla zona di svuotamento, dove per l’effetto fotovoltaico, dei legami si rompono, e si creano delle lacune e degli elettroni liberi. Grazie alla forza del campo elettrico, vengono spinti fuori dalla zona di giunzione, creando un eccesso di lacune nella zona P e un eccesso di elettroni nella zona N. Creando una differenza di potenziale elettrico.

Collegando con un circuito esterno ai due strati, si ottiene una circolazione di elettroni, cioè una corrente elettrica continua che scorre da N a P, e gli elettroni di N riempiranno di nuovo le lacune di P.

Che sia la tua abitazione o il Bhadla Solar Park, l’impianto fotovoltaico più grande del mondo, i pannelli devono essere sempre puliti in modo da poter essere più efficienti possibile.
Successivamente, il flusso di corrente viene convogliato ad un inverter, che trasforma la corrente da continua ad alternata.
Quest’ultima passa per il trasformatore che aumenta la tensione della corrente per poter essere immessa nella rete elettrica.
Infine vi è un contatore per rilevare il quantitativo di energia prodotta.

Se vuoi approfondire il funzionamento dell’inverter e del trasformatore guarda i nostri precedenti video.

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