Negli ultimi dieci anni le installazioni di pannelli solari sono cresciute in modo esplosivo in tutto il mondo.

La parte migliore è che i loro costi sono drasticamente crollati del 99% negli ultimi quattro decenni, quindi non c’è momento migliore di adesso per sfruttare l’energia solare pulita per la tua casa o per affari per abbassare la bolletta elettrica.

Secondo i dati 2018 di International Renewable Energy Alliance, (IRENA), gli Stati Uniti sono il terzo più grande utente di energia solare al mondo dietro Cina e Giappone. Il Regno Unito è al 7 ° posto seguito dall’Australia all ‘ 8 ° posto.

Al termine del decennio, le previsioni per l’energia solare non sono mai apparse più luminose.

Infatti, gli esperti del settore prevedono che gli Stati Uniti raddoppieranno le loro installazioni solari da due a quattro milioni entro il 2023.

Gran parte di quella crescita si verificherà prevedibilmente nella soleggiata California, ma anche molti altri stati stanno guidando progetti solari. Si noti dal grafico sottostante che tre dei primi cinque stati leader nelle installazioni di pannelli solari in 2019 erano negli Stati Uniti nord-orientali non troppo soleggiati.

Anche il Regno Unito, con meno sole di molte parti degli Stati Uniti, ha avuto oltre un milione di installazioni di pannelli solari nel 2018, in aumento di quasi il 2% (in termini di potenza generata) rispetto all’anno precedente.

Australia nel frattempo ha colpito il marchio 2 milioni di installazione solare nel 2018.

Alla luce di questa tendenza dell’energia solare ovunque ti giri, accelerata dall’urgenza di smettere di bruciare combustibili fossili e passare al 100% alle energie rinnovabili il più rapidamente possibile, forse stai pensando che è ora di saltare a bordo.

Se è così, benvenuti alla rivoluzione dell’energia solare!

Una delle principali preoccupazioni quando si sta inizialmente considerando un’installazione di pannelli solari per la vostra casa o in ufficio è la scelta del miglior tipo di pannello solare per voi.

In questo articolo, farai un tuffo profondo nelle tre opzioni principali per i pannelli solari disponibili oggi. Questi sono:

• Monocristallino
• policristallino
• Film sottile

Le tecnologie alla base di tutti e tre questi tipi di pannelli solari hanno apportato miglioramenti significativi nel tempo per soddisfare meglio le vostre esigenze energetiche.

Esamineremo anche cosa succede e cosa succede nel mondo dell’energia solare. Questo include tecnologie come:

• Bifacial solar
• Concentrated PV (photovoltaic) cell
• Solar tiles
• Transparent solar panels

Tutte queste innovazioni nell’energia solare sono all’avanguardia e molte, in particolare bifacciali e CPV, sono disponibili in commercio in alcune regioni e a prezzi competitivi. Mantengono molte promesse per aumentare il segmento dell’energia verde del mix di consumo energetico globale.

Ad esempio, i moduli solari bifacciali dovrebbero aumentare di dieci volte la capacità entro il 2024 a 28.000 megawatt (MW)! Per riferimento, l’attuale media nazionale delle case americane alimentate da un solo MW di energia solare è di circa 190.

In questo articolo, prenderemo in considerazione ciò che tutti i pannelli solari, sia quelli in produzione commerciale e quelli up-and-coming, hanno in comune: celle solari invischiate in un sistema di pannelli solari.

Che cosa è un sistema di pannelli solari?

Un sistema di pannelli solari è un insieme interconnesso, (spesso chiamato array), di celle solari fotovoltaiche (PV) che (1) catturano l’energia che emana dal sole sotto forma di fotoni; e (2) trasformano l’energia solare direttamente in elettricità. La quantità di energia elettrica prodotta, misurata in volt o watt, varia a seconda del sistema e del tipo di cella solare.

Ogni singolo pannello solare (chiamato anche modulo) nell’array è costituito da un gruppo di celle solari confezionate insieme in un telaio metallico. Ci sono tipicamente 60, 72 o 96 celle solari in un singolo pannello solare.

Per convertire la corrente continua (DC) di energia elettrica prodotta in corrente alternata (AC) utilizzato nella vostra casa, ogni sistema di celle solari contiene un inverter. L’inverter può essere grande e centralizzato.

In alternativa, alcuni moduli fotovoltaici hanno un inverter già integrato. Questi sono chiamati moduli AC. Il cablaggio è molto più semplice con i moduli AC.

Di cosa sono fatte le celle solari?

Le celle solari oggi sono per lo più fatte di silicio, un elemento chimico con proprietà semiconduttive. Nella maggior parte dei tipi di celle solari, il silicio è in forma cristallina.

Poiché il cristallo di silicio puro al 100% non trasferisce corrente elettrica, viene “drogato” con quantità molto piccole di “impurità”—solitamente fosforo e boro—che trasportano prontamente una corrente elettrica all’interno del reticolo cristallino di silicio.

Il silicio drogato con fosforo è chiamato N-type (per “negativo” perché ha un surplus di elettroni).

Il silicio drogato con boro è indicato come tipo P (per “positivo” perché ha un deficit di elettroni).

Quando viene costruita con una sezione di tipo N accanto a una di tipo P in questo modo, la cella solare viene chiamata single-junction, il che significa che ha solo una giunzione p-n.

Quando il silicio drogato assorbe parte dell’energia del sole, rimuove alcuni elettroni liberi nel processo. Nel campo elettrico di un sistema a pannelli solari, gli elettroni vengono indirizzati a fluire in una direzione, stabilendo una corrente elettrica.

Il campo elettrico della cella solare provoca tensione. Il prodotto matematico di corrente e tensione è il potere-la potenza utilizzata per eseguire i vostri elettrodomestici e riscaldare o raffreddare la vostra casa.

Altri componenti di una cella solare includono un rivestimento antiriflesso, poiché la lucentezza naturale del silicio causerebbe la luce solare a riflettere fuori di esso-che non è ciò che dovrebbe accadere se si desidera creare energia elettrica.

I cristalli di silicio delle celle solari sono raggruppati all’interno di un campo elettrico e quindi ricoperti di vetro per proteggere tutti i componenti dalle intemperie.

Che cosa è efficienza delle celle solari?

Una misura di quanto bene i pannelli solari assorbono la luce solare e la convertono in energia elettrica è chiamata efficienza. La luce viaggia in diverse lunghezze d’onda di vari livelli di energia attraverso le bande dello spettro elettromagnetico, e non tutto è assorbito da un pannello solare. Misurata in elettronvolt (eV), l’energia tipica del band gap che può essere assorbita e trasformata da un pannello solare in elettricità è di circa 1,1 eV.

I fotoni che colpiscono il pannello con più energia di quella (e ce ne sono molti) rappresentano una perdita di energia.

L’utilizzo di materiali diversi in pannelli solari con un gap di banda basso aumenterebbe il numero di fotoni assorbiti e, di conseguenza, la corrente. Ma, sarebbe anche ridurre la tensione del pannello. Poiché la potenza è uguale alla corrente moltiplicata per la tensione, c’è un compromesso tra la selezione del materiale e l’intensità del campo elettrico nello sviluppo del pannello solare.

La ricerca mostra che il band gap ottimale di un materiale è compreso tra 1 e 1,6 eV.

Inoltre il materiale di un pannello solare con conseguente perdita di energia, c’è il problema della resistenza interna di un materiale (chiamato resistenza in serie).

Il silicio, come semiconduttore, non conduce corrente elettrica così come i metalli. La sua resistenza in serie, infatti, è piuttosto alta. Questo si traduce in un’altra fonte di alta perdita di energia.

Per correggere questo, alcuni pannelli sono coperti con una griglia metallica per consentire agli elettroni di muoversi più facilmente nel campo elettrico, completare il circuito e creare energia elettrica per la vostra casa.

Ma, lo svantaggio di questa griglia di sovrapposizione è che blocca parte della superficie della cella fotovoltaica dall’assorbimento dei fotoni! Una copertura a griglia più sottile minimizzerebbe questa perdita, ma la magrezza stessa contribuirebbe a una resistenza significativa e comporterebbe una maggiore perdita di energia.

Asporto: ci sono diversi motivi per cui le celle solari non sono altamente efficienti. La ricerca continua si basa sulla ricerca di materiali più efficienti, a costi ridotti ed esteticamente gradevoli.

Solar Trivia: La più alta efficienza mai registrata per un pannello fotovoltaico fino ad oggi (sviluppato nel 2006) è stata di circa il 41%!

Questo era uno sforzo finanziato dagli Stati Uniti per il potere nell’esplorazione spaziale. All’epoca, il Dipartimento dell’Energia credeva che il sistema sarebbe stato scalato commercialmente, raggiungendo infine un costo del pannello solare di soli $3/watt, producendo energia a $0,8–0,10 per kilowatt/ora (kWh).

Per inciso, nel 2019, il prezzo solare per watt (PPW) è di circa $3–$4. In alcune aree, può essere a partire da $2,50!

Il costo di un kilowattora di energia solare derivata da un array solare sul tetto è di circa cents 0,06-cents 0,08 centesimi (contro $0,09–energy 0,13 per il carbone o l’energia derivata dal gas naturale).

Messaggio da portare a casa: Questi tassi super bassi per l’energia rinnovabile solare è estremamente competitivo con l’energia dei combustibili fossili oggi.

Sfortunatamente, un grado di efficienza energetica del 41% non è ancora comune per i sistemi solari residenziali o commerciali. Tuttavia, parte del lavoro svolto nei laboratori sembra promettente.

Oltre a ottenere maggiori efficienze, il lavoro sperimentale sui pannelli solari si concentra anche su costi inferiori e un aspetto più gradevole.

3 principali tipi di pannelli solari sul mercato oggi

A seconda delle vostre esigenze energetiche, budget, preferenze cosmetici e assegnazione dello spazio, è importante valutare i vantaggi e gli svantaggi delle vostre tre opzioni in pannelli solari per la vostra casa o in ufficio.

Due di questi tipi di pannelli solari sono costituiti da celle solari a giunzione singola. Teoricamente, la loro massima efficienza è di circa il 33%. La massima efficienza raggiunta fino ad oggi con celle a giunzione singola è di circa il 22%.

Il pannello solare a film sottile può essere a giunzione singola o multipla a seconda del materiale. Le celle solari multi-giunzione sono realizzate con materiali diversi, ognuno dei quali cattura al meglio i fotoni di diverse lunghezze d’onda. In questo modo, più luce solare può essere convertita in energia elettrica.

Pannelli solari monocristallini

Costruiti da un singolo cristallo di silicio che è stato tagliato in wafer, i pannelli solari monocristallini contengono righe e colonne di questi wafer. Poiché il cristallo di silicone (chiamato anche lingotto) è cilindrico, affettandoli in wafer li fa avere bordi arrotondati.

pannelli solari Policristallini

Policristallino (indicato anche come multi-cristallino) pannelli solari fotovoltaiche le celle contenenti più frammenti cristallini di silicio. I frammenti potrebbero essere i pezzi rimasti dalla produzione solare monocristallina. Sono disposti in modo irregolare. Poi sono fusi insieme e formati in blocchi solidi prima di essere tagliati in wafer. Ogni wafer è più rettangolare rispetto alle sue controparti monocristalline.

VEDI ANCHE: Monocristallino vs Pannelli Solari Policristallini

a film Sottile pannelli solari

” seconda generazione di celle solari, solari a film sottile, i pannelli possono essere realizzati in una varietà di materiali, tra cui:

• Silicio amorfo (senza reticolo cristallino)
• Arseniuro di gallio
• Selenide di gallio indio di rame (CIGS)
• Tellururo di cadmio (CdTe)

Ogni wafer di una cella a film sottile è super-magro rispetto agli altri tipi, rendendolo flessibile. Essi possono essere applicati da un adesivo direttamente su una superficie (come il vostro tetto, barca, o RV), o impostare in telai durevoli (rack) proprio come gli altri tipi comuni di pannelli solari.VEDI ANCHE: Pannelli solari flessibili: Applicazione e Utili Consigli per l’Acquisto

di seguito una tabella di sintesi delle tre più comuni tipi di pannello solare:

Se si utilizza un dispositivo mobile, si prega di passare il dito verso sinistra e destra per visualizzare la tabella.)

Solar Panel Type	Material	Efficiency	Cost	Appearance
Monocrystalline	Pure, single silicon crystal	High (18% or slightly higher)	Highest	Black or dark blue cells with rounded corners
Polycrystalline	Silicon fragments	Medium (15-17%)	High	Blue rectangular cells
Thin-Film	Various	Low (11%, 15%)	Più basso	Nero o blu superficie uniforme

4 Pannello solare innovazioni

Gli obiettivi generali di ricerca e sviluppo in pannelli solari sono:

• Aumentare l’efficienza
• Abbassare il costo dei materiali
• per Aumentare la longevità dei sistemi solari
• Aumentare l’aspetto estetico

anche se alcune delle seguenti tecnologie solari in commercio sono disponibili solo in alcune zone, ecco un assaggio di quello che si può guardare avanti per tutto il mondo, come le energie rinnovabili rivoluzione avanza.

Pannello solare Acquisto Suggerimento: Quando si inizia a ottenere le stime per il vostro tetto o cortile array solare, sempre informarsi sulla disponibilità locale di queste tecnologie più recenti. Si può solo avere fortuna!

Tecnologia solare bifacciale

I pannelli solari”bifronte” sono in grado di generare corrente elettrica attraverso il contatto fotonico con entrambi i lati delle celle solari.

Quando la luce solare colpisce la parte superiore di un pannello solare, attivando alcune celle fotovoltaiche, continua e passa attraverso il pannello. Quindi parte di esso viene riflessa dalla superficie sotto il pannello (come un tetto). Quei raggi riflessi espongono le celle solari inferiori a un’ulteriore attivazione del fotone.

I bifacciali possono essere monocristallini o policristallini.VEDI ANCHE: Pannelli solari bifacciali: Usi e tendenze residenziali

Tecnologia fotovoltaica concentrata (CPV)

Una delle tecnologie di pannelli solari più all’avanguardia utilizza lenti o specchi curvi per dirigere la luce solare in un punto specifico, concentrandola quindi su una piccola cella solare multi-giunzione.

Essenzialmente, CPV riduce la perdita di energia dalla diffusione della luce solare su una grande superficie. Di conseguenza, l’efficienza è notevolmente migliorata, anche più di quanto una cella solare monocristallina fornirà.

In questo momento, CPV è costoso a causa di componenti aggiunti come inseguitori solari e meccanismi di raffreddamento.

Solar tile technology

Nel 2016, Elon Musk di Tesla ha annunciato il concetto di un tetto solare dotato di tegole solari (chiamate anche ardesie solari o tegole solari). Le piastrelle solari funzionano come i pannelli solari tradizionali. Possono essere costruiti con materiale a film sottile o silicio monocristallino.

In questo momento, le piastrelle solari sono leggermente meno efficienti delle celle solari monocristalline convenzionali.

Tuttavia, questo sistema di pannelli solari non ha rack di supporto che i pannelli solari tradizionali sono collocati in, e quindi considerato più visivamente accattivante rispetto alla configurazione comune. Le piastrelle solari sono installate come tegole di asfalto convenzionali e coprono l’intera superficie del tetto.

Tesla stima che il loro tetto solare costa circa $22 / sq. piede. mentre altri calcolano un prezzo di $35 / sq. piede. Per mettere questo nel contesto di oggi, per coprire una casa di medie dimensioni con tegole solari, può costare verso l’alto di 4 45K o più.

Pannelli solari trasparenti

Scoperti dai ricercatori del MIT, i pannelli solari trasparenti catturano solo le lunghezze d’onda della luce che i nostri occhi non possono vedere (vicino infrarosso e ultravioletto) consentendo alla luce visibile di passare attraverso.

Quindi, tutto in teoria—dai telefoni cellulari ai laptop a Windows—potrebbe avere un pannello solare trasparente sulla sua superficie, producendo elettricità, ma non lo sapresti mai!

Ecco un diagramma schematico di una cella solare trasparente—a basso costo per l’avvio-preso dalla fonte MIT collegato in questa sezione.

Attualmente, l’efficienza trasparente pannelli solari sono sulla fascia bassa, ma i ricercatori vedi 11%, o più, molto probabile in un prossimo futuro. Si noti, tuttavia, che se queste celle coprono tutte le finestre di un enorme grattacielo, ad esempio, anche un’efficienza del 5% potrebbe facilmente coprire il 25% del costo totale del fabbisogno energetico dell’edificio.

Un altro vantaggio significativo dei pannelli solari trasparenti rispetto agli array solari convenzionali è che non hanno bisogno di vaste distese di terra o acqua (come fanno le tradizionali fattorie solari) per funzionare.

Le prime applicazioni commerciali (per telefoni cellulari) sono previste tra qualche anno.VEDI ANCHE: Pannelli solari trasparenti: riformare l’approvvigionamento energetico futuro

Immagina quanto sarà trasformativo l’uso diffuso di pannelli solari trasparenti per finestre (finestre solari) in luoghi urbani! Raggiungere questa pietra miliare nell’innovazione dell’energia solare sicuramente inclinerà il modello di consumo energetico globale a favore dell’energia rinnovabile proveniente dal sole.

Takeaways chiave sui tipi di pannelli solari

Installazioni di pannelli solari sono cresciuti in popolarità ed efficienza, mentre diminuendo nel prezzo a causa della rivoluzione verde, energia pulita. Ora è un momento perfetto per investire in un sistema di pannelli solari.

I tipi più comuni di pannelli solari per uso domestico sono composti da celle solari monocristalline, policristalline o a film sottile. Variano in termini di efficienza e costi. I pannelli monocristallini sono i più costosi e più efficienti. Il meno costoso, ma in genere meno efficiente, sono pannelli solari a film sottile.

Le celle solari policristalline hanno solitamente efficienze moderate e costi ragionevoli.