Come funziona l’energia solare, di giorno e di notte?

L’energia solare è una fonte rinnovabile indispensabile per la transizione energetica, attraverso la quale è possibile produrre energia elettrica o termica in modo sostenibile senza emissioni di gas serra. Per capire come funziona l’energia solare, quindi, bisogna comprendere anche il funzionamento di un impianto fotovoltaico o di un sistema solare termico.

In questo approfondimento vedremo come possiamo utilizzare l’energia solare oggi, analizzando quali sono le diverse opzioni disponibili e le soluzioni più efficienti. Allo stesso modo, capiremo anche come produrre corrente di notte, esaminando il funzionamento dell’energia solare di notte in assenza della luce del sole, con le tecnologie presenti oggi e quelle in fase sviluppo. 

L’energia del sole può essere utilizzata in due modi principali: per la produzione di energia elettrica, oppure per riscaldare l’acqua ad uso sanitario e il riscaldamento. Per farlo esistono due tipi di impianti, tramite i quali è possibile capire come viene catturata l’energia solare e adoperata per coprire il nostro fabbisogno energetico:

• impianto fotovoltaico;
• sistema solare termico.

Un impianto fotovoltaico è composto da una serie di moduli, ognuno dei quali formato da varie celle fotovoltaiche, in grado di catturare la luce del sole e trasformare la radiazione solare in energia elettrica. Questo è possibile grazie alla presenza del silicio, un materiale semiconduttore che è in grado di produrre energia elettrica, in quanto quando viene colpito dalla luce solare gli elettronici iniziano a muoversi creando una differenza di potenziale, che a sua volta genera elettricità in corrente continua.

Il secondo utilizzo dell’energia solare avviene attraverso un sistema solare termico, ossia dei moduli solari collegati a un serbatoio d’acqua con un circuito che contiene un liquido termovettore. Quando la radiazione solare colpisce i collettori solari il fluido all’interno viene scaldato; il quale a sua volta cede il calore all’acqua tramite uno scambiatore di calore e la riscalda, per poi raffreddarsi e tornare ai moduli solari. Questo impianto permette di produrre acqua calda sanitaria per i rubinetti e le docce, ma anche per il riscaldamento domestico.

A questo punto vediamo nel dettaglio come trasformare l’energia solare in energia elettrica, concentrandoci sul funzionamento dell’energia fotovoltaica. In questo caso la tecnologia si basa sui pannelli solari fotovoltaici, ovvero dei moduli ricoperti di silicio, un materiale molto sensibile alla luce. Per generare elettricità si sfrutta l’effetto fotovoltaico, un principio fisico mediante il quale alcuni materiali sono capaci di trasformare la luce in energia, alla base del quale c’è l’effetto fotoelettrico.

In pratica, quando la luce colpisce le celle fotovoltaiche dei moduli una parte viene riflessa, un’altra è trasformata in calore e un’altra ancora provoca lo spostamento delle cariche elettriche positive e negative nelle celle. Questo movimento crea una tensione all’interno delle celle fotovoltaiche, potenziata attraverso l’utilizzo di collegamenti in parallelo e in serie tra le celle, generando energia elettrica in corrente continua. In seguito un inverter la trasforma in elettricità in corrente alternata, affinché sia possibile usarla per l’autoconsumo diretto, l’accumulo o la cessione alla rete elettrica.

Le celle fotovoltaiche sono componenti di pochi centimetri quadrati realizzati in silicio, con una struttura composta da due strati sovrapposti caricati uno positivamente e l’altro negativamente. La superficie esterna, invece, è formata da un materiale anti-riflettente, in grado di massimizzare l’assorbimento di luce solare e garantire una maggiore efficienza dei pannelli. Ogni modulo dispone di varie celle fotovoltaiche collegate da loro, con una tecnologia costruttiva che può essere di due tipi:

• moduli policristallini, offrono un rendimento piuttosto costante nell’arco della giornata, con un livello di efficienza intorno al 15-17%;
• moduli monocristallini, hanno cristalli in silicio orientati nella stessa direzione, offrendo un ottimo rendimento quando la luce colpisce i pannelli perpendicolarmente e garantiscono un’efficienza elevata intorno al 18-21%.

I pannelli solari fotovoltaici producono energia elettrica di giorno, quando la superficie dei moduli viene colpita dalla luce solare. La produzione elettrica si riduce in presenza di ostacoli come nubi e ombreggiamenti, ad esempio durante le giornate nuvolose o a causa dell’ombra causata da alberi, canne fumarie e altri edifici nelle vicinanze. Di notte, invece, in assenza di luce solare i pannelli non producono energia elettrica, quindi l’impianto smette di generare elettricità.

Per utilizzare il fotovoltaico anche di notte, però, è possibile installare un sistema di accumulo, ossia delle batterie che consentono di immagazzinare l’energia elettrica prodotta durante il giorno per usarla di notte quando l’impianto non produce elettricità. In questo modo è possibile conservare una parte dell’energia elettrica prodotta e non consumata immediatamente, per adoperarla di sera, di notte e nelle giornate nuvolose in cui il rendimento dell’impianto diminuisce.

Le batterie per l’accumulo fotovoltaico permettono di ottimizzare l’autoconsumo, ovvero il consumo di energia elettrica prodotta dalla luce solare per alimentare direttamente impianti elettrici, elettrodomestici e dispositivi elettronici della casa. Si tratta di una soluzione ottimale per aumentare la convenienza di un impianto fotovoltaico, sfruttandone appieno i vantaggi per ridurre le emissioni di gas serra e diminuire il prelievo di elettricità dalla rete, con benefici considerevoli in termini di sostenibilità e risparmio in bolletta.

In futuro, però, potrebbero essere commercializzati dei pannelli fotovoltaici in grado di produrre energia elettrica anche di notte, al momento in fase di studio e ricerca. Ad esempio, i ricercatori della Stanford University hanno realizzato dei moduli che funzionano anche in assenza di luce solare, mettendo a punto dei dispositivi che sfruttano la differenza di temperatura tra le celle fotovoltaiche raffreddate di notte e l’ambiente esterno per produrre elettricità anche al buio.

Per sfruttare appieno i vantaggi dell’energia solare per la casa è possibile scegliere i pannelli fotovoltaici di NWG, moduli monocristallini ad alta efficienza di ultima generazione in grado di offrire un rendimento elevato.

I pannelli solari fotovoltaici di NWG sono realizzati con una tecnologia all’avanguardia, grazie a un’innovativa cella fotovoltaica half-cut e la dotazione per ogni modulo di 108 celle rettangolari, per minimizzare le dispersioni energetiche e ottenere un rendimento del 20,2%.

Inoltre, con NWG Italia è possibile ottimizzare l’autoconsumo attraverso l’installazione di un inverter ibrido e di un sistema di accumulo con batterie al litio avanzate, con cui gestire anche lo scambio sul posto e monitorare le prestazioni dell’impianto comodamente tramite app per smartphone.

Si tratta di una soluzione ideale per massimizzare i benefici ambientali ed economici dell’energia solare, investendo in una tecnologia fotovoltaica ad alte prestazioni.