Un pannello solare è costituito da celle solari che sono spesso raggruppate nel pannello in moduli solari. Un tipico pannello solare è costituito da 60 o più celle solari individuali. Una cella solare è costruita come un panino. Ha uno strato superiore e uno inferiore proprio come fette di pane. Questi strati sono fatti di silicio, che viene trattato (denominato doping) con altri elementi come boro e fosforo che causano il silicio ad avere troppi elettroni o troppo pochi di loro. La cella solare produce elettricità quando la luce colpisce perché l’energia dalla luce bussa elettroni sciolti dallo strato nella cella che ha troppi elettroni. Il risultato è che la corrente elettrica scorre dalla cella

L’effetto fotovoltaico

L’effetto fotovoltaico descrive la capacità di alcuni materiali di emettere elettroni quando esposti alla luce. La maggior parte delle celle solari sono realizzate principalmente in silicio, ma vengono utilizzati anche altri materiali. Materiali come il silicio sono usati perché sono semiconduttori. Un semiconduttore è una sostanza che condivide alcune delle proprietà dei metalli, che conducono elettricità, e alcune delle proprietà dei materiali isolanti che non conducono elettricità.

Come funzionano i semiconduttori nelle celle solari

I due strati di silicone in una cella solare sono indicati come strato n e strato P. Lo strato n ha una carica elettrica negativa, lo strato p ha una carica elettrica positiva. Quando la luce solare entra nella cellula, i fotoni passano attraverso lo strato n portando con sé la loro energia. I fotoni quindi rinunciano alla loro energia agli elettroni nello strato p inferiore. Questi elettroni quindi usano l’energia data loro dai fotoni per saltare attraverso nello strato N. Ciò si traduce nello strato n che emette quegli elettroni nel circuito, producendo elettricità.

Come funzionano le celle solari in un pannello solare

Le celle solari all’interno di un pannello solare sono cablate insieme in serie. Ciò significa che ogni cella solare aumenta la tensione di uscita finale del pannello. Una tipica cella solare produce circa 0,46 volt. Ma ci sono diversi tipi di celle solari, quindi la potenza effettiva varierà in base al tipo di celle solari utilizzate per costruire il pannello solare. Un pannello solare può essere costituito da 32, 36, 60, 72 o 96 singole celle solari. Così:

• 32 cellule = 14.72 volt
• 36 celle = 16.56 volt
• 60 celle = 27.60 volt
• 72 celle = 33.12 volt
• 96 celle = 44.16 volt

Un pannello solare di potenza di uscita può essere determinata utilizzando l’equazione: P = V x I. Dove P è uguale a potere, V è uguale a tensione, e I uguale corrente. Utilizzando il pannello solare Hanwha Q 310 watt come esempio.

• (V) Tensione = 32.78
• (I) Corrente = 9.31 Amps
• (P) potenza = 305 Watt

L’effetto negativo di ombra parziale su un pannello solare

Pannelli solari sono altamente colpiti da anche un po ‘ di ombra. Durante l’ombreggiatura parziale, l’uscita di un pannello solare diminuisce drasticamente. Questo accade perché le celle solari in un pannello solare sono cablate insieme in serie. Se anche una cella ottiene ombra, le prestazioni di quella cella diminuisce e prende tutte le altre cellule verso il basso con esso. Peggio ancora, nei sistemi solari con inverter centrale, se la potenza di un pannello diminuisce a causa dell’ombreggiatura, riduce la potenza di tutti i pannelli dell’intero sistema!

I pannelli standard a 60 celle sono collegati elettricamente come tre gruppi di 20 celle ciascuno. Quando una di queste celle è ombreggiata, può spegnere l’intero 1/3 del pannello. Piccole aree di ombreggiatura parziale da alberi e ostruzioni del tetto possono causare questo tipo di perdita in modo coerente.

Alcuni produttori di pannelli hanno iniziato a utilizzare 120 mezze celle, anziché 60 celle piene, per rendere i loro pannelli ancora più tolleranti all’ombreggiatura. I sei circuiti distinti, piuttosto che solo tre circuiti totali per il pannello, attenuano la metà delle perdite di ombreggiatura mantenendo lo stesso profilo elettrico di base.

I pannelli solari attenuano anche la perdita di uscita causata dall’ombreggiatura collegando le celle in un pannello solare insieme ai diodi di bypass. Un diodo di bypass consentirà all’uscita di potenza dalle celle solari non ombreggiate di bypassare la cella ombreggiata. Alcune uscite sono ancora perse a causa della caduta di tensione, ma la potenza complessiva è superiore a quella che sarebbe senza il diodo.

Elettronica di potenza a livello di modulo

Elettronica di potenza a livello di modulo (MLPEs) sono dispositivi elettronici collegati a singoli pannelli solari per gestire la loro potenza. Questi dispositivi sono in grado di mitigare la perdita causata da ombreggiatura parziale attraverso un processo chiamato Maximum Power Point tracking (MPPT). MPPT funziona monitorando l’uscita dei pannelli solari nel sistema e quindi regolando il carico elettrico sul sistema solare per mantenere la migliore potenza possibile di quel sistema. Ci sono due dispositivi che forniscono MPPT.

DC optimizers

Un DC optimizer è un pezzo di apparecchiatura che è collegato a un pannello solare per monitorare e regolare il flusso di tensione dal pannello. Se la caduta di tensione, l’ottimizzatore DC ridurrà la corrente di uscita. Questo, a sua volta, aumenterà la quantità di tensione prodotta dall’ottimizzatore DC per corrispondere alla tensione di uscita degli altri pannelli del sistema. Ciò impedisce al pannello parzialmente ombreggiato di trascinare verso il basso la potenza degli altri pannelli del sistema.

Ad esempio, se un pannello è parzialmente ombreggiato, un ottimizzatore DC SolarEdge ridurrà la corrente per mantenere la tensione a 380V-400V in modo che l’inverter funzioni in modo coerente.

Microinvertitori

I pannelli solari con microinvertitori sono meno sensibili alla perdita di uscita causata dall’ombreggiatura. In un sistema di microinverter, ogni pannello ha il proprio inverter. Pertanto, se l’uscita di un pannello è ridotta di tonalità, non ha alcun effetto sugli altri pannelli.

L’ultimo passo: L’inverter

Pannelli solari producono alimentazione DC – lo stesso tipo utilizzato in una batteria da 9 volt, solo molto più potente! È necessario un inverter per cambiare l’alimentazione CC nell’alimentazione CA utilizzata dalle luci, dagli elettrodomestici e persino dai caricabatterie di una casa. Lo fa rilevando il profilo di potenza esatto proveniente dall’utilità e utilizzando una serie di interruttori per imitare lo stesso profilo di potenza. Una volta che il potere viene emesso alla casa, è la stessa o superiore qualità rispetto alla potenza proveniente dalla rete elettrica.

Negli ultimi anni, i miglioramenti negli inverter solari hanno permesso loro di supportare la rete elettrica rendendola più stabile. Gli inverter solari possono supportare bassa o alta tensione quando la rete elettrica chiama al di fuori dei limiti raccomandati. Questo supporto grid-interattivo avvantaggia l’intero quartiere con una potenza coerente e ben condizionata.