Cos’è l’effetto fotovoltaico e come produce energia?

Pensi di conoscere il funzionamento alla base di un impianto fotovoltaico? Tutto sta nell’effetto fotovoltaico, il fenomeno fisico che rende possibile alimentare le nostre case con energia elettrica prodotta dal sole. Cosa sapere, in pillole: 

• L’effetto fotovoltaico è il fenomeno tramite il quale la luce del sole viene trasformata in energia elettrica;
• Si verifica quando un materiale semiconduttore (come il silicio) assorbe la luce e genera una corrente elettrica;
• I primi studi sull’effetto fotovoltaico possono essere ricondotti ad Alexandre Edomond Bequerel. Anni più tardi, Einstein vinse il Premio Nobel per le sue scoperte sull’effetto fotoelettrico. 

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Indice

• Effetto fotovoltaico: cos’è e definizione
• Come funziona l’effetto fotovoltaico
• Cos’è la conversione fotovoltaica e come avviene
• La differenza tra effetto fotovoltaico ed effetto fotoelettrico
• Dall’effetto fotovoltaico agli impianti fotovoltaici odierni

Effetto fotovoltaico: cos’è e definizione

Tutti noi sappiamo quanto un impianto fotovoltaico rappresenti un ottimo metodo per fornire energia a case e aziende. Parliamo di una fonte di energia rinnovabile che, oltre a fare del bene al pianeta, ci permette di risparmiare sulle bollette. 

Ma sai qual è il funzionamento alla base dei pannelli solari? Come fa la luce del sole a trasformarsi in energia elettrica? La risposta sta nell’effetto fotovoltaico. 

L’effetto fotovoltaico è il fenomeno fisico mediante il quale un materiale semiconduttore, esposto alla luce, assorbe fotoni e genera una corrente elettrica. Il processo è alla base del funzionamento delle celle solari. 

Come funziona l’effetto fotovoltaico

Tutto parte da un materiale semiconduttore, come il silicio, che ha la capacità di assorbire la luce e liberare elettroni. Ma perché questo accada in modo efficiente, il silicio viene “arricchito” con piccole impurità che creano due strati con proprietà opposte: 

• Uno con un eccesso di elettroni (strato n); 
• Uno con una carenza di elettroni (strato p). 

Tra questi due strati si forma una zona di contatto chiamata giunzione p-n, che genera un campo elettrico naturale.

Quando un fotone della luce solare colpisce il materiale, cede la sua energia a un elettrone e lo libera dall’atomo a cui era legato. Questo elettrone, se si trova nella zona della giunzione p-n, viene spinto dal campo elettrico e inizia a muoversi in una direzione precisa, il che consente di generare corrente elettrica. 

Più fotoni colpiscono il pannello, più elettroni vengono messi in movimento e maggiore sarà la quantità di energia prodotta.

Cos’è la conversione fotovoltaica e come avviene

In un impianto fotovoltaico, l’effetto fotovoltaico viene sfruttato per trasformare la luce solare in energia elettrica – quella che viene chiamata conversione fotovoltaica. I pannelli solari, costituiti da molteplici celle fotovoltaiche, assorbono la luce e innescano il movimento degli elettroni all’interno del materiale semiconduttore, il che permette di generare una corrente elettrica continua.

💡 Considera che l’efficienza della conversione fotovoltaica dipende da diversi fattori, per esempio dall’orientamento e dall’inclinazione dei pannelli o dalla qualità dei materiali utilizzati. 

Oggi, l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico può essere:

• Utilizzata immediatamente per alimentare elettrodomestici, impianti di illuminazione e qualsiasi altro dispositivo elettrico presente nell’edificio;
•  Immagazzinata in batterie di accumulo per un uso successivo, per esempio nelle ore serali o in giornate nuvolose, per garantire l’autosufficienza energetica anche quando le condizioni non lo permetterebbero;
• Immessa nella rete elettrica, grazie al sistema dello scambio sul posto o del Ritiro Dedicato, tramite i quali è possibile “vendere” l’energia al gestore della rete.

La differenza tra effetto fotovoltaico ed effetto fotoelettrico

Nel 1921 le scoperte sull’effetto fotoelettrico valsero il Premio Nobel ad Albert Einstein. Einstein spiegò che quando un fotone colpisce un materiale, può trasferire la sua energia a un elettrone, liberandolo dall’atomo. Una intuizione che dimostrò in sostanza che l’energia luminosa poteva essere convertita direttamente in energia elettrica. 

È bene evidenziare, però, che effetto fotoelettrico ed effetto fotovoltaico non sono la stessa cosa. Pur essendo i due fenomeni simili, dal momento che entrambi coinvolgono l’interazione tra la luce e un materiale, hanno scopi e risultati diversi:

• Nell’effetto fotoelettrico, la luce colpisce un materiale metallico e libera elettroni che vengono espulsi, senza generare una corrente elettrica continua;
• L’effetto fotovoltaico, invece, avviene nei materiali semiconduttori, come il silicio, e non solo libera gli elettroni, ma crea un campo elettrico che li spinge a muoversi in una direzione precisa, generando così una corrente continua che può essere utilizzata per produrre energia elettrica.

Dall’effetto fotovoltaico agli impianti fotovoltaici odierni

La storia dell’effetto fotovoltaico ha inizio nel 1839, quando il fisico francese Alexandre Edmond Becquerel scoprì che alcuni materiali erano in grado di generare una corrente elettrica quando esposti alla luce. 

Il fenomeno, però, rimase a lungo poco compreso, almeno fino al 1905, anno in cui Albert Einstein, con i suoi studi sull’effetto fotoelettrico, fornì una spiegazione chiara su come la luce potesse liberare elettroni da un materiale e pose così le basi teoriche per lo sviluppo della tecnologia fotovoltaica. 

Il passo decisivo verso l’uso pratico dell’effetto fotovoltaico arrivò nel 1954, quando i ricercatori americani Gerald Pearson, Daryl Chapin e Calvin Souther Fuller dei Bell Laboratories svilupparono la prima cella solare in silicio, in grado di convertire la luce solare in energia elettrica con un’efficienza sufficiente per applicazioni reali. 

Da quel momento, il fotovoltaico ha compiuto enormi progressi ed è ormai diventato una delle fonti di energia rinnovabile più diffuse al mondo. Senza dubbio, l’energia solare rappresenta una delle soluzioni più promettenti per un futuro energetico più pulito e sostenibile.