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CATENA DEL VALORE AGGIUNTO NEL SETTORE SOLARE

Prima di poter convertire la luce solare in elettricità, un modulo solare subisce un processo produttivo in più fasi. Innanzitutto, occorre estrarre dalla sabbia il silicio, che verrà poi fuso e modellato in blocchi, i cosiddetti lingotti, che a loro volta verranno tagliati a fette di pochi millimetri di spessore, i wafer. In una fase successiva, questi vengono rivestiti per ottenere le celle solari, che a loro volta verranno assemblate a formare i moduli solari.


Silicio

Secondo elemento tra i più frequenti nella crosta terrestre, il silicio è disponibile in forma quasi illimitata. In natura si presenta esclusivamente come ossido, nella forma di biossido di silicio o di minerali contenenti silicio. Per tale motivo, la sabbia e il quarzo si compongono prevalentemente di biossido di silicio. Su scala industriale, il silicio elementare è prodotto dalla riduzione del biossido di silicio con carbonio in un forno a temperature di circa 2.000° C. Per la produzione di celle solari, il silicio grezzo così ottenuto dovrà essere ulteriormente purificato per diventare silicio di grado solare.


Wafer solari

In una seconda fase del processo produttivo, dal silicio di grado solare si ottengono i wafer solari. In questo processo, il silicio viene fuso ad una temperatura di oltre 1.400° C e colato in blocchi o lingotti. Nella fase di fusione può essere usato un processo monocristallino o policristallino. Nella produzione di wafer monocristallini, si estrae un solo cristallo dall’impasto fuso di silicio. Nel processo policristallino, invece, il silicio liquido fuso si solidifica e migliaia di piccoli cristalli si formano in un unico blocco. I blocchi vengono poi separati in colonne con sezione trasversale quadrata da cui vengono tagliati wafer sottilissimi con pinze tagliafili o con il laser.


Celle solari

La lavorazione e il rivestimento delle superfici dei wafer trasformano questi ultimi in celle solari. A questo punto, le celle possiedono già tutte le proprietà tecniche necessarie per convertire la luce solare in energia elettrica. Costituiscono l’elemento di base di un modulo solare. Una cella solare è formata da due strati di silicio. Nel punto in cui i due strati si interfacciano si ottiene un campo elettrico. I processi fisici attivati da un fascio di luce incidente provocano il flusso di energia elettrica tra i contatti metallici che sono stati fissati a questi strati di silicio. Attualmente, il livello medio di rendimento delle celle solari, ovvero la loro capacità di convertire l’energia solare in energia elettrica, è pari a circa il 18%.


Moduli solari

In un’ultima fase del processo produttivo, le celle solari vengono assemblate in moduli solari. I moduli di energia solare rappresentano il prodotto finito e pronto per la produzione di energia solare. Vengono montati e incapsulati per risultare resistenti agli agenti atmosferici. Nei moduli la luce solare viene convertita in energia elettrica. Vengono distinti moduli monocristallini e moduli policristallini. I moduli fotovoltaici realizzati con celle solari monocristalline sono più efficienti, dunque particolarmente adatti per superfici di copertura non estese.



Impianti fotovoltaici

Gli impianti fotovoltaici convertono lo spettro elettromagnetico della luce solare in corrente elettrica. Gli elementi costitutivi sono le celle solari, che a loro volta sono assemblate in moduli. Il bombardamento fotonico indotto dal fascio di luce incidente provoca la separazione di cariche positive e negative. Se si stabilisce una connessione elettricamente conduttiva tra le aree di carica, si produce un flusso di elettricità. A seconda delle dimensioni e del tipo di sistema, i singoli moduli solari vengono interconnessi in linea nelle cosiddette “stringhe”. In questo modo, la tensione di ogni singolo modulo si aggiunge alla tensione prodotta dagli altri moduli. Di norma, i moduli solari vengono montati in una struttura portante atta ad allineare idealmente i moduli al sole per ottenere la massima resa energetica o una resa energetica che rimanga costante nel corso dell’anno. Per ottimizzare tale resa, la struttura portante può essere progettata anche per seguire la traiettoria del sole. Mediante un invertitore, la corrente continua generata viene convertita in corrente alternata e poi veicolata verso la rete elettrica nazionale, oppure consumata direttamente sul posto.


Tipi di impianti fotovoltaici


  • Sistema per tetti di tipo residenziale

La forma più frequente di sistema fotovoltaico è l’impianto su tetto per residenza privata, in cui il fabbricato esistente sostiene la struttura portante del sistema fotovoltaico. Contemporaneamente, l’inclinazione del tetto può ottimizzare l’allineamento del sistema fotovoltaico che altrimenti andrebbe ricercato con ulteriori accorgimenti progettuali. L’operatore del sistema può scegliere di vendere l’energia erogandola alla rete elettrica nazionale o in alternativa di consumarla per uso proprio. In genere, con un sistema fotovoltaico di 5 kWp, equivalente più o meno a una superficie di 40-50 metri quadrati di tetto, è possibile produrre l’elettricità necessaria per una famiglia media della UE.


  • Sistema totalmente integrato

Un sistema totalmente integrato è quello in cui il sistema fotovoltaico sostituisce parti della copertura esterna di un fabbricato, ad esempio il rivestimento delle facciate e il tetto. Il vantaggio consiste nel fatto che al posto degli elementi normalmente richiesti per il tetto e le facciate è possibile introdurre direttamente gli elementi del sistema fotovoltaico. Inoltre, a favore di questo approccio concorrono anche ragioni estetiche, perché spesso gli elementi adattati nel colore alle coperture convenzionali per tetti sono meno vistosi dei consueti sistemi montati sul tetto. Anche in questo caso, l’energia può essere erogata alla rete elettrica nazionale o consumata direttamente sul posto.


  • Sistemi industriali per tetto

In genere, i sistemi industriali o commerciali per tetto sono impianti fotovoltaici più estesi che vengono installati su edifici industriali o commerciali, come capannoni o celle frigorifere. Poiché la maggior parte dei tetti industriali è piatta, questi sistemi richiedono un sistema di supporto che permetta un allineamento ottimale con il sole. Spesso l’energia generata in questo modo è consumata sul posto dall’operatore dell’edificio industriale. Non accade di rado, tuttavia, che questa energia venga erogata anche alla rete elettrica nazionale.


  • Impianti a terra

Per impianto a terra si intende un sistema fotovoltaico non installato su un edificio, bensì a terra, in campo aperto. Un impianto a terra può essere una installazione fissa in cui si fa uso di una struttura portante per allineare i moduli fotovoltaici al sole secondo una determinata angolazione. Oltre agli impianti a terra con installazione fissa esistono anche i cosiddetti sistemi a inseguimento che seguono la posizione del sole (ovvero, ne rilevano la traiettoria). Spesso, gli impianti a terra sono installazioni estese la cui resa rientra nella fascia di megawatt a più cifre. In molti casi, i rispettivi operatori operano come aziende professionali di servizi pubblici. Può inoltre capitare che gli impianti a terra siano progettati per fornire energia a un’impresa industriale. In questo caso, il titolare di quest’ultima e l’operatore dell’impianto a terra sottoscrivono un contratto individuale per l’acquisto dell’energia prodotta.