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Jun 09, 2023

Come sono fatti i pannelli solari? (2023)

Leonardo David è un ingegnere elettromeccanico, MBA, consulente energetico e scrittore tecnico. La sua esperienza in materia di efficienza energetica e consulenza solare copre settori quali quello bancario e quello tessile

Leonardo David è un ingegnere elettromeccanico, MBA, consulente energetico e scrittore tecnico. La sua esperienza in materia di efficienza energetica e consulenza solare copre settori quali quello bancario, della produzione tessile, della lavorazione della plastica, della farmaceutica, dell'istruzione, della trasformazione alimentare, del settore immobiliare e della vendita al dettaglio. Dal 2015 scrive anche articoli su argomenti di energia e ingegneria.

Tori Addison è una redattrice che lavora nel settore del marketing digitale da oltre cinque anni. La sua esperienza comprende attività di comunicazione e marketing nei settori no-profit, governativo e accademico. Giornalista di professione, ha iniziato la sua carriera occupandosi di politica e notizie nella Hudson Valley di New York. Il suo lavoro includeva la copertura dei bilanci locali e statali, dei regolamenti finanziari federali e della legislazione sanitaria.

I pannelli solari sono diventati più efficienti e convenienti nel tempo: tra il 2010 e il 2022, l’efficienza dei moduli fotovoltaici (FV) è aumentata dal 14% a oltre il 22%. Questi miglioramenti nella tecnologia solare sono stati possibili grazie all’innovazione e agli investimenti su larga scala nei processi produttivi, ma come vengono realizzati esattamente i pannelli solari?

In questo articolo, noi del team delle guide di MarketWatch discutiamo passo dopo passo del processo di produzione dei pannelli solari, dalle fasi iniziali all'assemblaggio, ai test e agli impatti ambientali.

La maggior parte dei moduli fotovoltaici utilizzano celle solari al silicio, che possono essere classificate in due tipologie principali: monocristalline e policristalline. Entrambi i tipi di celle fotovoltaiche sono realizzati in silicio di elevata purezza ma hanno processi di produzione diversi:

I pannelli solari monocristallini possono convertire la luce solare in elettricità in modo più efficiente ma sono più complessi e costosi. I pannelli solari policristallini sono più facili da produrre e più convenienti ma hanno un’efficienza inferiore.

I dettagli tecnici della produzione dei pannelli solari sono complessi, ma analizzeremo ogni fase del processo nelle sezioni seguenti. I passaggi seguenti si applicano ai pannelli solari in silicio cristallino, che rappresentano oltre il 90% della quota di mercato globale. Altri tipi di pannelli, compresi i pannelli a film sottile, hanno processi di produzione diversi a seconda del materiale.

Secondo la Royal Society of Chemistry, il silicio è uno degli elementi più abbondanti sulla Terra e costituisce il 27,7% della crosta del pianeta. Tuttavia, il silicio presente in natura è combinato con altri elementi come ossigeno, fosforo e azoto. I produttori devono lavorare queste materie prime per ottenere il silicio puro necessario per realizzare i pannelli solari.

Il contenuto di ossigeno della silice minerale può essere rimosso ad alte temperature, il che si traduce in silicio di elevata purezza. L'industria solare utilizza polisilicio puro al 99,9999% per produrre celle solari sia policristalline che monocristalline.

Le celle poli hanno un processo di produzione più semplice che prevede la fusione e il taglio di blocchi di silicio policristallino nei wafer quadrati utilizzati per realizzare le celle fotovoltaiche.

Realizzare celle mono è più complesso poiché i produttori di energia solare devono prima garantire che il silicio fuso si solidifichi in un singolo cristallo. Il processo si basa sul metodo Czochralski, in cui i cristalli vengono “cresciuti” immergendo un “seme di cristallo” più piccolo nel silicio fuso. Il risultato è un grande blocco cilindrico costituito da un singolo cristallo di silicio che i produttori possono tagliare in celle solari.

I produttori possono migliorare l’efficienza delle celle fotovoltaiche aggiungendo quantità controllate di boro e fosforo. L’efficienza del pannello solare misura la quantità di luce solare che una cella solare può convertire in energia.

Gli elementi aggiunti agiscono come semiconduttori: il fosforo si traduce in silicio di tipo n, mentre il boro si traduce in silicio di tipo p.

In altre parole, questo processo converte la luce solare in energia elettrica.

I pannelli solari sono costituiti da più celle fotovoltaiche collegate tra loro mediante conduttori in argento e saldature in rame. Esistono molte dimensioni dei pannelli, ma la maggior parte dei pannelli solari residenziali ha 60 o 72 celle. Alcuni produttori producono pannelli solari con 120 o 144 semicelle, che hanno all'incirca le stesse dimensioni dei pannelli da 60 e 72 celle.