Componenti

Affinché l'energia solare possa passare dalla cella solare alla presa di corrente, sono necessari diversi componenti. Inoltre, la cella solare non resisterebbe alle intemperie senza una protezione. 

Le celle solari si differenziano non solo per il materiale, ma anche per il tipo di drogaggio e per i processi di produzione. In tutto il mondo sta avendo luogo un'intensa attività di ricerca su nuovi tipi di celle e sul miglioramento di quelle già disponibili sul mercato. La maggior parte delle celle utilizzate oggi è costituita da silicio monocristallino, mentre finora altre tecnologie sono state utilizzate solo in casi isolati. 

Per produrre celle di silicio monocristallino è necessario un materiale semiconduttore di elevata purezza. Le barre monocristalline (lingotti) vengono estratte da una fusione di silicio e poi segate in fette sottili 200 micrometri (µm), chiamate anche wafer. Oggi si producono lingotti con un diametro di 300 millimetri e una lunghezza fino a 2 metri. Sempre più spesso si producono lingotti con un diametro di 450 millimetri e questo avrà un impatto sulle dimensioni dei moduli solari nel lungo periodo. 

Se uno strato di silicio o di altri semiconduttori viene depositato a vapore su vetro o altro materiale di supporto, si parla di celle a film sottile. Lo spessore dello strato è inferiore a 1 micrometro. 

Oltre al silicio, nelle celle a film sottile si utilizzano anche il tellururo di cadmio (CdTe), il diseleniuro di rame e indio (CIS) e il diseleniuro di rame e indio e gallio (CIGS). Le celle tandem sono costituite dalla combinazione di silicio cristallino e amorfo in un'unica cella.  

Le celle solari di Grätzel, che utilizzano coloranti organici anziché semiconduttori per convertire la luce in elettricità, hanno appena iniziato a essere utilizzate a livello commerciale. Sono state sviluppate all'EPFL di Losanna sotto la direzione del Prof. Dr. M. Grätzel. 

In questi giorni si sta svolgendo un'intensa attività di ricerca sulle celle realizzate con cristalli di perovskite. Tali celle possiedono il potenziale per ottenere efficienze molto elevate a bassi costi di produzione. Finora queste celle non sono ancora state commercializzate. 

Le celle solari sono collegate tra loro e confezionate in vetro e plastica a formare moduli solari. Così protette dalle influenze ambientali, vengono utilizzate come componenti per gli impianti solari. I moduli odierni hanno generalmente 120 semi-celle, una potenza di 380–420 Watt e misurano ca. 1,0×1,75 metri. 

L'efficienza del modulo dipende dalla tecnologia delle celle utilizzate, dalla loro configurazione, ad esempio dalla distanza tra le celle, e dalla loro interconnessione. I moduli solari attualmente disponibili presentano di norma un'efficienza compresa tra il 19 e il 22%. L'efficienza complessiva di un impianto fotovoltaico è leggermente inferiore, poiché l'energia viene dispersa dalla cella solare alla rete. Ad esempio, l'efficienza dell'inverter è un fattore fondamentale. 

La potenza dei moduli è specificata in watt o spesso anche in «watt di picco» (potenza massima). Ciò indica la potenza nominale in condizioni di test standard (in breve STC). La potenza STC è specificata nella scheda tecnica del modulo. 

Le condizioni di prova sono definite come segue:  

• Irraggiamento di 1000 watt per metro quadro (W/m2) 
• Temperatura celle 25 °C 
• Massa d’aria di 1,5 Air Mass (AM) 

Un impianto fotovoltaico posizionato in modo ottimale nell'Altipiano svizzero fornisce circa 1000 kilowattora per 1000 watt di moduli fotovoltaici installati all'anno. 

I moduli fotovoltaici sono testati secondo standard riconosciuti a livello internazionale: 

• IEC 61215: moduli fotovoltaici terrestri 
• IEC 61646: Moduli fotovoltaici terrestri a film sottile 
• IEC 61730: Moduli fotovoltaici – Certificazione di sicurezza 
• SNEN 50583-1/-2: Moduli BIPV, risp. sistemi BIPV 

Moduli solari bifacciali

In collaborazione con Swissolar, SwissEnergy ha realizzato una guida sull'utilizzo dei moduli solari bifacciali. Tra le altre cose, vengono discusse le possibili applicazioni sugli edifici e il dimensionamento dei componenti del sistema. La guida è disponibile qui (in tedesco).

Il compito fondamentale di un inverter è consiste nel convertire la corrente continua (DC) dei moduli solari in corrente alternata (AC) e di adattarla alla frequenza e al livello di tensione della rete. Tra gli altri, si distinguono i seguenti inverter: 

• Inverter a moduli 
• Inverter a stringa con una o più stringhe DC per inverter 
• Inverter centralizzati per grandi impianti 

Inoltre, è possibile dotare l'impianto fotovoltaico di «ottimizzatori di potenza». 

Gli inverter oggi offrono di default molte funzioni utili in grado di supportare le reti elettriche, aumentare l'autoconsumo, ottimizzare i rendimenti in caso di ombreggiamento e monitorare (da remoto) l'impianto. 

La quota di energia solare autoconsumata e autogenerata può essere ulteriormente aumentata grazie agli accumulatori a batteria.