La nuova scienza del solare (778)
articolo di Walter Putaturo (prima scientifico E laboratorio di giornalismo) Montesilvano (Pescara)
La tecnologia che sfrutta il sole – Come funziona un pannello fotovoltaico
Da sempre considerata l’energia pulita per antonomasia, bistrattata e nello stesso tempo difesa a spada tratta dagli ambientalisti, finalmente l’energia solare da idea propaganda a difesa dell’ambiente si sta trasformando in una realtà tecnologica. Dato che sono sempre di più, ad esempio, anche in Abruzzo, le costruzioni e gli edifici domestici che nascono già forniti di pannelli per la produzione di energia solare.
Ma vediamo come funziona un pannello fotovoltaico. Il flusso luminoso proveniente dal Sole (radiazione solare) investe il materiale semiconduttore del pannello solare, normalmente realizzato utilizzando il silicio. Gli atomi di silicio del pannello solare compongono un reticolato cristallino tridimensionale di forma tetraedrica in cui ognuno di essi mette in comune uno dei suoi quattro elettroni di valenza. L’elettrone in comune è quello con orbita più esterna mediante il quale avviene la conduzione elettrica. Gli altri tre elettroni con orbita più interna sono invece fortemente legati al nucleo dell’atomo e non partecipano alla conduzione.
Allo stato normale gli elettroni esterni si trovano in una fase di valenza e non dispongono dell’energia sufficiente per condurre elettricità. Quando ciò si verifica l’elettrone passa dalla banda di valenza a quella di conduzione ed è libero di muoversi all’interno del reticolato grazie alla stretta vicinanza degli altri atomi di silicio. Nel passaggio di banda lascia dietro di sé una lacuna. Il movimento degli elettroni esterni in banda di conduzione e delle relative lacune continua fin quando è presente l’irraggiamento solare.
Ma cerchiamo di capire bene insieme che cosa sono i semiconduttori. Essi sono lo stadio intermedio tra conduttori e isolanti. I materiali conduttori possiedono elettroni esterni appartenenti alla stato di valenza e di conduzione. Per questa ragione conducono ottimamente l’elettricità. Le due bande sono sostanzialmente sovrapposte. Al contrario, i materiali isolanti hanno la banda di conduzione molto distante da quella di valenza. Nei semiconduttori gli elettroni sono allo stato di valenza (come nei materiali isolanti) ma la distanza con la banda di conduzione è minima. E’ quindi possibile che un elettrone esterno passi temporaneamente dalla banda di valenza a quella di conduzione. Ciò avviene quando l’elettrone è investito da un flusso luminoso in grado di liberare gli elettroni più esterni. Per ogni elettrone passato alla banda di conduzione si lascia libera una lacuna nella banda di valenza. Come l’elettrone nella banda di conduzione anche la lacuna tende a spostarsi nella banda di valenza per effetto del campo elettrico comportandosi come una carica positiva.
Si tratta naturalmente di fenomeni fisici complessi, ma ciò che conta è comunque il risultato, la possibilità di ricavare energia pulita e rinnovabile.
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