3. L’effetto fotovoltaico
Si ha l’effetto fotovoltaico quando i raggi solari
colpiscono le celle solari, o celle fotovoltaiche,
producendo così energia elettrica.
Tale fenomeno è dovuto a una particolare particella, il
fotone, che fornisce l’energia necessaria ad attivare il
processo fotovoltaico. Indipendemente dal materiale
utilizzato durante il processo, il meccanismo rimane lo
stesso.
Prendiamo in cosiderazione delle celle in silicio
monocristallino, un materiale semiconduttore.
Quest’ultimo viene drogato con il Bario e l’Alluminio,
ottenendo silicio di tipo P, oppure con Fosforo,
Alluminio ed Antimonio, ottenendo silicio di tipo N.
4. Una cella fotovoltaica è formata dalla giunzione P-N, da un
lato in prevalenza drogato di tipo N e dall’altro di tipo P. Si
ottiene così una zona con prevalenza di elettroni ed una in
assenza di elettroni, chiamati buchi di segno positivo.
Quando il cristallo a giunzione P-N viene colpito dai raggi
solari, una parte diventa calore, mentre l’altra parte fornisce
l’energia necessaria a rompere i legami nella struttura
cristallina e a produrre lo spostamento di carica, generando
una forza elettromotrice ai capi della giunzione P-N di circa
0,5 V.
5. Pannelli fotovoltaici
I pannelli fotovolatici vengono montati in un
qualsiasi luogo con una buona esposizione
solare.
La tecnologia alla base di un pannello
fotovoltaico è abbastanza semplice, ma la
costruzione può risultare difficoltosa a causa
della fragilità del materiale, che tende a
danneggiarsi facilmente durante il trasporto ed
il montaggio.
Un pannello fotovoltaico è formato da una serie
di celle solari, disposte in serie o in parallelo,
che intrappolano il calore del sole
trasformandolo in una forma di energia
utilizzabile.
6. Il pannello fotovoltaico è essenzialmente
costituito da quattro componenti:
- Il pannello
- L’inverter
- Le batterie
- Il contatore
Dal lato del pannello che si espone al
sole, abbiamo una fribra di vetro che
protegge dagli urti, in seguito le celle
fotovoltaiche che si appoggiano ad un
elemento plastico che conferisce
rigidità. Successivmante è presente
una cornice in alluminio anodizzato e
infine, nella parte posteriore, è
presente una cassetta da cui
fuoriescono due cavi elettrici
provenienti dalle celle.
7. Costi
Installare un impianto fotovoltaico è un ottimo sistema per produrre energia in modo sostenibile
convertendo l’energia solare calcolandola in base al fabisogno. Solitamente per la produzione di
3KWh bastano 13-15 moduli da 200-220 watt. Vediamo ora i tipi di impianti installabili.
Impianto ad isola
Non sono collegati alla rete di distribuzionee sfruttano l’energia elettrica
prodotta in quel momento o quando è necessario, se dotati di accumulatore. Il
prezzo medio per un’isola da 3KWp si aggira intorno ai 6.000 euro.
Impianto grid connected
Sono collegati a una rete elettrica di distribuzione, agiscono da generatore di
corrente e possono attivare i dispositivi elettrici. Un impinato con potenza di 3Kw
costa intorno ai 4.000 euro.
8. Impianto con accumulo di energia elettrica
Consente di conservare l’energia prodotta grazie a delle specifiche batterie
facendo così scorta di energia. Ne esistono due tipologie: inverter con
accumulo e pack batterie esterno. Il costo medio di un impianto da 4 KW con
un accumulo di 5 KWh è di circa 12.000 euro.
Impianto con accumulo di energia elettrica anti blackout
Sono composti da celle ad efficenza elevata e convertono rapidamente le
radiazioni solari, sono formati da moduli fotovoltaici, sistemi ottici e
inseguitori solari, massimizzando il rendimento. Il prezo per un impianto
da 3KW è intorno agli 8.000 euro.
Tra i tipi di pannelli fotovoltaici disponibili ci sono: i pannelli monocristallini,
policristallini, a film sottile amorfo, BiPV technology.
9. Smaltimento
I pannelli fotovoltaici sono prodotti altamente
riciclabili, composti prevalentemente in vetro e
alluminio, vengono scomposti da aziende
specializzare arrivando ad un riciclo del 95%,
mantenendo la messa in circolazione di queste
prezione materie prime.
Una volta concluso il loro ciclo di vita, essi diventano
rifiuti di categoria RAEE, rifiuti di apparecchi elettrici
ed elettronici.
Per valutare costi e modalità di smaltimento bisogna
considerare alcune caratteristiche dell’impianto
stesso: potenza nominale, data d’istallazione e
incentivi statali.
Nel caso di impianti domestici, lo smaltimento è
effettuato dal proprietario nel centro di raccolta
RAEE di riferimento ed è a carico del produtore, per
cui è gratuito per il proprietario.
10. Durata
La durata dei pannelli fotovoltaici è uno
dei più importanti vantaggi che li
caratterizzano, infatti essi hanno una
longevità superiore a qualsiasi altro tipo
di generatore di energia. Questo
permette all’impianto di “ripagarsi da
solo” sia da un punto di vita economico
che ecosostenibile.
La durata media dei Pannelli è di circa 25
anni, infatti quando finisce il loro
peridodo di vita utile, il loro utilizzo non è
più conveniente, cioè l’arco temporale in
cui l’energia è prodotta e il relativo
risparmio non coprono più i costi di
esercizio e manutenzione.
11. Vantaggi
- L’energia generata è gratuita e,
contrariamente ai pannelli solari, può essere
utilizzata per qualsiasi fine.
- Ha dei costi di manutenzione particamente
nulli e sono presenti molti incentivi
governativi per installarli.
- Producono energia pulita e sono quasi
interamente riciclabili.
- Funzionano anche in caso di cielo nuvoloso,
anche se con un rendimento minore.
- Si risparmia sulle bollete e si ottine
un’indipendenza energetica.
Svantaggi
- I costi iniziali da sostenere sono molto
elevati.
- Le procedure burocratiche da
affrontare sono abbastanza lunghe,
anche se negli ultimi anni si sono
velocizzate.
- La produzione energetica non è
costante, infatti c’è una mancanza di
produzione nelle ore notturne ed il
rendimento è basato
sull’ombreggiamento.
13. L’energia nucleare
L’Italia attualmente è l’unico paese menmbro del G7 a non
produrre energia nucleare (importa circa il 5% di energia
nucleare dalla Francia) ma con la crisi energetica in corso
l’Unione Europea ha inserito il gas e il nucleare sono stati
aggiunti nellaa lista degli investimenti utili a questa transizione.
Le centrali nucleari producono energia elettrica sfruttando il
calore generato dalle reazioni nucleari. Questo processo si
verifica nel nocciolo del reattore dove avviene la fissione del
combustibile nucleare in barre. Durante questo processo gli
atomi di uranio o di plutonio vengono colpiti da un neutrone e
si dividono.
Intorno al nocciolo del reattore ci sono dei tubi dove scorre
acqua che, riscaldata dal calore prodotto durante la fissione,
viene trasformata in vapore ad alta temperatura. Il vapore è
usato per far ruotare le turbine del generatore di corrente della
centrale. A causa della radioattività degli atomi utilizzati, il
reattore è racchiuso in contenitori di acciaio e piombo e
protetto in robuste strutture di cemento armato.
14. Impianti di ultima generazione
I sostenitori del ritorno del nucleare spesso parlano di
impiati di ultima generazione riferendosi ai reattori
nucleari di quarta generazione. Si tratta di reattori
sperimentali basati sulla fissione nucleare più efficenti,
sicuri e con un costo minore. Inoltre questi reattori
produrrebbero meno scorie e renderebbero molto più
efficente l’utilizzo del combustibile.
Attualmente però la maggior parte dei reattori nel
mondo sono di seconda generazione, mentre le
tecnologie più avanzate sono di terza generazione.
La Cina è uno dei paesi più avanzati, infatti a dicembre
2021 Pechino ha sperimentato il primo collegamento di
un reattore di quarta generazione alla rete elettrica, si
tratta però di un modello in vista della costruzione del
vero reattore.
15. Costi
Sebbene l’energia nucleare sia considerata quella con il costo più
basso rispetto a tutte le altre fonti di energia, la questione riguarda i
costi è piuttosto complessa.
L’energia nucleare ha infatti elevati costi di produzione iniziale
dovuti al fatto che sono tecnologicamente più complessi risfetto ad
altri sistemi di produzione di energia, inoltre sono dotati di sistemi di
sicurezza piuttosto ridondanti. Bisogna anche tenere in
considerazione che questi impianti hanno elevati tempi di
costruzione, tra i 4 e i 5 anni e in alcuni casi arrivano anche a 17 anni.
Dal punto di vista della manutenzione le centrali nucleari sono
leggermente più costose rispetto alle centrali a gas o a carbone ma
sappiamo che una centrale nucleare richiede centomila volte meno
materia prima di una centrale fossile.
Possiamo quindi constatare che una volta superato il periodo di
realizzazione i costi sono più bassi rispetto a quelli per la produzione
di altre fonti di energia, anche per uanto riguarda lo smaltimento
delle scorie.
16.
17. Smaltimento e durata
Sappiamo che le centrali nuclerai richiedono poca materia prima, quindi le
scorie prodotte sono relativamente poche. Sapendo che l’operatività di una
centrale nucleare è molto lunga, dai 40 agli 80 anni per quelli della seconda
generazione e tra i 60 e i 100 per quelli della terza, notiamo che è molto facile
accumulare fondi per lo smaltimento delle scorie, ad esempio investendo in
fondi a basso rischio e accumulare interessi.
18. Vantaggi
- La quantità di energia ricavabile è
maggiore rispetto a uella ottenuta da
altre reazioni chimiche
- La produzione non determina emissione
di gas nocivi come l’anidride carbonica
- Il costo di produzione è contenuto
- Occupano poco terreno
- Sono una fonte di energia continua
Svantaggi
- Elevato livello di radioattività
del processo produttivo
- Le scorie rimangono
radioattive per milioni di anni e
devono essere depositate in siti
geologicamente stabili e
protetti.
- Elevati tempi di costruzione e
alti costi iniziali
19. Conclusioni
In ultima analisi, l’energia nucleare smebra essere l’opzione migliore in un tale
periodo di crisi energetica, soprattutto in Italia in cui c’è un forte bisogno di
indipendenza energetica dalla Russia. Essendo la pericolosità delle scorie il problema
più sentito, varrebbe la pena investire nella costruzione di inpianti di terza
generazione, nonostante i lunghi tempi di sviluppo. Anche se l’energia fotovoltaica
ha delle produzioni soddisfacenti ed ecosostenibi, in un periodo del genere non
sarebbe capace di reggere la crisi energetica. Nell’attesa dello sviluppo di reattori di
nuova generazione, i reattori attualmente presenti sul nostro territorio potrebbero
affiancare le altre modalità di produzione di energia rinnovabile.
