Al giorno d’oggi si sente parlare molto di fotovoltaico ed energia solare. Questa tecnologia consente di ricavare energia rinnovabile e in futuro potrebbe andare a sostituire il petrolio e i suoi derivati. Ma attualmente quali sono i limiti di questa tecnologia?

Rafea: Solar Mama è un documentario che ha vinto lo Spotlighting Women Documentary Award nel 2011. Questa pellicola narra la storia di Rafea, una donna della Giordania, che ha l’opportunità di frequentare il Barefoot College in India. I questo college, donne illetterate o analfabeti vengono istruite con lo scopo di insegnare ad esse una professione.

La protagonista ritorna al suo villaggio dopo essere diventata un ingegnere solare. Qui Rafea, con l’aiuto delle altre donne, riesce ad applicare le nozioni imparate in India e portare l’elettricità nel suo villaggio.

Nei paesi più sviluppati invece, il fotovoltaico è una delle tecnologie più conosciute per produrre energia in modo pulito e rinnovabile. Ma in che modo si riesce a trasformare l’energia solare in energia elettrica?

FotovoltaicoL’effetto fotovoltaico

Alexandre Edmond Bequerel osservò per la prima volta nel 1839 l’effetto fotovoltaico, il quale è una “sottocategoria” dell’effetto fotoelettrico. Quando una radiazione elettromagnetica colpisce un materiale, gli elettroni più esterni delle particelle che lo compongono possono essere espulsi da esse, creando delle lacune elettroniche. Questo può essere applicato nella costruzione di celle fotovoltaiche, le quali sono formate tradizionalmente da un semiconduttore inorganico quale il Silicio.

Come funzionano i pannelli fotovoltaici

La particolarità di un semiconduttore come il Silicio, è che questo può comportarsi da conduttore di corrente in determinate situazioni. Per costruire un pannello fotovoltaico, il Silicio deve prima essere drogato. Ciascun atomo di Silicio ha 4 elettroni nel guscio esterno: alcuni di questi atomi possono essere sostituiti con altri elementi contenenti solo tre elettroni nel guscio esterno (come il Boro) creando delle lacune elettroniche (drogaggio di tipo p). Allo stesso modo, si possono sostituire atomi di Silicio con altri che possiedono 5 elettroni nello strato esterno (come il Fosforo) ottenendo un semiconduttore con drogaggio di tipo n.

Schema di una giunzione n-p. Fonte: Wikipedia

Quando un blocco di tipo n viene accostato ad uno di tipo p, si viene a creare una giunzione che permette agli elettroni di spostarsi dal lato n al lato p e alle lacune di spostarsi in senso contrario. Si origina così un campo elettrico interno che porta al raggiungimento dell’equilibrio elettrostatico. Se si collega la cella ad una resistenza creando un circuito chiuso, quando la radiazione elettromagnetica colpisce il lato n, si verranno a creare delle coppie elettrone-lacuna che si spostano secondo il campo elettrico interno alla giunzione. Si avrà il passaggio di corrente fino a che la cella sarà illuminata.

I limiti di questa tecnologia

Il fotovoltaico è una delle tante tecnologie che permette di produrre energia pulita e rinnovabile. Attualmente però, questa non è in grado di andare a sostituire definitivamente fonti non rinnovabili in quanto presenta diversi limiti. Per prima cosa l’efficienza dei pannelli non è elevatissima. Mentre per singole abitazioni, coprire il tetto con pannelli può ridurre nettamente il consumo di corrente, per grandi edifici, come palazzi e industrie, sono richieste superfici molto più estese per soddisfare le esigenze di tutti. Inoltre, questa tecnologia ha un limite intrinseco, in quanto funziona solo se c’è luce.

La ricerca sta comunque studiando nuovi materiali, anche di tipo organico, per poter incrementare l’efficienza del fotovoltaico in modo esponenziale. Fino ad allora questa tecnologia potrà dare solo un contributo per ridurre il consumo di energia proveniente da fonti non rinnovabili e limitare i problemi legati al riscaldamento globale.

Michele Sciamanna

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