Cella solare: differenze tra le versioni

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[[File:Solar_cell.png|thumb|Una cella solare]]

Una '''cella solare''' o '''cella fotovoltaica''' è un dispositivo elettrico/elettronico a [[fisica dello stato solido|stato solido]] ([[dispositivo a semiconduttore|semiconduttore]]) che converte l'[[energia]] della [[luce solare]] incidente in [[elettricità]] tramite l'[[effetto fotovoltaico]]. Si tratta di una formatipologia di cellula fotoelettrica, le cui caratteristiche elettriche, cioè [[corrente elettrica|corrente]], [[tensione elettrica|tensione]] e [[Resistenza elettrica|resistenza]], possono variare quando è esposta alla luce. LeRappresenta celle solari sono gli elementil'elemento costitutivicostitutivo dei [[modulo fotovoltaico|moduli fotovoltaici]], anche noti come [[Modulo fotovoltaico|pannelli solari]].

== DescrizioneMateriale e dimensioni ==

=== Materiale e dimensioni ===

La versione più diffusa di cella fotovoltaica è quella in materiale cristallino ed è costituita da una lamina di materiale [[semiconduttore]], il più diffuso dei quali è il [[silicio]], che si presenta in genere di colore nero o blu e con dimensioni variabili da 4 a 6 [[Pollice (unità di misura)|pollici]].

=== ProduzioneTensione e corrente ===

Alcune importanti aziende di produzione sono la tedesca ''Bosch Solar Energy AG'', la spagnola ''BP Solar'', la statunitense ''Greenshine New Energy'' e la cinese ''China Sunergy''.

=== Utilizzi ===

Oltre all'utilizzo già citato, che è quello relativo alla produzione di pannelli solari, piccoli esemplari di celle fotovoltaiche in materiale amorfo sono in grado di alimentare dispositivi elettronici quali calcolatrici, orologi e altri. Analogamente al modulo, il rendimento della cella fotovoltaica è il rapporto tra l'energia elettrica prodotta dalla cella e l'energia della [[radiazione solare]] che investe la sua superficie. Valori tipici per gli esemplari in silicio multicristallino comunemente disponibili sul mercato si attestano attorno al 18%. L'efficienza del modulo è sempre minore, come discusso di seguito.

=== Tensione e corrente ===

[[File:Solar cell equivalent circuit.png|thumb|Il circuito equivalente di una cella fotovoltaica.]]

Una cella solare è di fatto un [[generatore di corrente]] tramite [[effetto fotovoltaico]] che [[trasduttore|trasduce]] in [[elettricità]] l'energia solare incidente. Un buon modello matematico per l'analisi del suo funzionamento è l'[[equazione del diodo ideale di Shockley]]. Partendo dal circuito equivalente mostrato di fianco si ha che la corrente che scorre sul [[carico (elettrotecnica)elettrico|carico]] vale:

:<math>I=I_s - I_0 \left( {e^{qV_0 \over \eta kT}-1} \right) - \frac{V_0}{R_p}</math>

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* V₀ è la [[differenza di potenziale]] tra i due terminali del [[diodo]], ovvero quella a vuoto (con I nulla);

* I_s è l'intensità di corrente prodotta dal generatore, ed è proporzionale all'intensità della radiazione incidente sulla cella;

* I₀ è la intensità di corrente di saturazione, un fattore direttamente proporzionale alla superficie della [[giunzione p-n]];

* q è la [[carica elementare]] dell'[[elettrone]];

* k è la [[costante di Boltzmann]];

* T è la [[temperatura|temperatura assoluta]] sulla superficie di giunzione tra lale zone ''p'' ed ''n'';

* <math>\eta</math> è il [[coefficiente di emissione]], anch'esso dipendente dal processo di fabbricazione ed è compreso generalmente tra 1 e 2 (fattore di idealità del diodo);

* R_p è la [[resistenza elettrica|resistenza]] parallelo del modello.

[[File:2008Computex CMC Multi-Crystalline Solar Cell.jpg|thumb|]]

La maggior parte delle celle solari in commercio producono una tensione di circa 0,6 V e vengono messe in serie per ottenere tensioni più alte. La pratica di classificare i prodotti in commercio in 12, 18 o 24 V non deriva dalla [[tensione elettrica|tensione]] al suo punto di massima efficienza, ma dalla possibilità di collegarvi una [[batteria ricaricabile]] con analoga tensione nominale.

Se le celle del pannello sono collegate in [[Circuiti in serie e in parallelo|serie]], come si fa normalmente per ottenere una tensione in uscita più alta, non si ha il controllo delle singole celle, perché la corrente è uguale per tutte. La cella in ombra viene quindi attraversata da una corrente più forte di quella che genererebbe da sola e fa da strozzatura per l'intero sistema scaldandosi e potenzialmente danneggiandosi, oltre a disperdere energia. Ne deriva l'importanza che il pannello sia illuminato senza celle in zone d'ombra, ovvero che le celle abbiano esposizione solare simile. Tuttavia tanto più è grande il pannello, tanto più è probabile e ampia la differenza di esposizione e di corrente che la singola cella è in grado di produrre, a meno dell'utilizzo di [[inseguitore solare|inseguitori solari]].

== Produzione ==

[[File:4inchcell.jpg|thumb|]]

Alcune importanti aziende di produzione sono la tedesca ''Bosch Solar Energy AG'', la spagnola ''BP Solar'', la statunitense ''Greenshine New Energy'' e, la cinese ''China Sunergy e l''italiana 3SUN.

=== Utilizzi ===

Oltre all'utilizzo già citato, che è quello relativo alla produzione di pannelli solari, piccoli esemplari di celle fotovoltaiche in materiale amorfo sono in grado di alimentare dispositivi elettronici quali [[calcolatrice|calcolatrici]], [[orologio|orologi]] e altri. Analogamente al modulo, il rendimento della cella fotovoltaica è il rapporto tra l'energia elettrica prodotta dalla cella e l'energia della [[radiazione solare]] che investe la sua superficie. Valori tipici per gli esemplari in silicio multicristallino comunemente disponibili sul mercato si attestano attorno al 18%. L'efficienza del modulo è sempre minore, come discusso di seguito.

== Voci correlate ==