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I pannelli solari fotovoltaici assorbono la luce solare come fonte di energia per generare elettricità in corrente continua. Un modulo fotovoltaico (PV) è un assemblaggio impacchettato e collegato di celle solari fotovoltaiche disponibili in diverse tensioni e potenze. I moduli fotovoltaici costituiscono l'array fotovoltaico di un sistema fotovoltaico che genera e fornisce elettricità solare in applicazioni commerciali e residenziali.
L'applicazione più comune della raccolta di energia solare al di fuori dell'agricoltura è il riscaldamento solare dell'acqua.
I moduli fotovoltaici utilizzano l'energia luminosa (fotoni) proveniente dal sole per generare elettricità attraverso l'effetto fotovoltaico. La maggior parte dei moduli utilizza celle di silicio cristallino a base di wafer o celle a film sottile. L'elemento strutturale (portante) di un modulo può essere lo strato superiore o lo strato posteriore. Le celle devono inoltre essere protette da danni meccanici e umidità. La maggior parte dei moduli sono rigidi, ma sono anche disponibili semi-flessibili basati su celle a film sottile. Le celle devono essere collegate elettricamente in serie, l'una con l'altra.
Una scatola di giunzione fotovoltaica è collegata sul retro del pannello solare ed è la sua interfaccia di uscita. Esternamente, la maggior parte dei moduli fotovoltaici utilizza connettori MC4 di tipo per facilitare facili collegamenti alle intemperie al resto del sistema. Inoltre, è possibile utilizzare l'interfaccia di alimentazione USB.
I collegamenti elettrici del modulo sono realizzati in serie per ottenere la tensione di uscita desiderata o in parallelo per fornire la capacità di corrente desiderata (ampere). I fili conduttori che tolgono la corrente dai moduli possono contenere argento, rame o altri metalli di transizione conduttivi non magnetici. I diodi di bypass possono essere incorporati o utilizzati esternamente, in caso di ombreggiamento parziale del modulo, per massimizzare l'uscita delle sezioni del modulo ancora illuminate.
Alcuni moduli fotovoltaici speciali includono concentratori in cui la luce viene focalizzata da lenti o specchi su celle più piccole. Ciò consente l'uso di celle con un costo elevato per unità di superficie (come l'arseniuro di gallio) in modo economico.
I pannelli solari usano anche telai metallici costituiti da componenti di scaffalature, staffe, forme di riflettori e trogoli per supportare meglio la struttura del pannello.
Nel 1839, la capacità di alcuni materiali di creare una carica elettrica dall'esposizione alla luce fu osservata per la prima volta da Alexandre-Edmond Becquerel. Sebbene i primi pannelli solari fossero troppo inefficienti anche per i semplici dispositivi elettrici, venivano usati come strumento per misurare la luce. L'osservazione di Becquerel non fu replicata di nuovo fino al 1873, quando Willoughby Smith scoprì che l'accusa poteva essere causata dalla luce che colpiva il selenio. Dopo questa scoperta, William Grylls Adams e Richard Evans Day pubblicarono "L'azione della luce sul selenio" nel 1876, descrivendo l'esperimento usato per replicare i risultati di Smith. Nel 1881, Charles Fritts creò il primo pannello solare commerciale, che fu segnalato da Fritts come "continuo, costante e di notevole forza non solo per l'esposizione alla luce solare ma anche per la luce del giorno debole e diffusa". Tuttavia, questi pannelli solari erano molto inefficienti, soprattutto rispetto alle centrali elettriche a carbone. Nel 1939, Russell Ohl ha creato il design della cella solare che viene utilizzato in molti pannelli solari moderni. Ha brevettato il suo design nel 1941. Nel 1954, questo design è stato utilizzato per la prima volta da Bell Labs per creare la prima cella solare in silicio commercialmente praticabile.
La maggior parte dei moduli solari è attualmente prodotta da celle solari in silicio cristallino (c-Si) realizzate in silicio multicristallino e monocristallino. Nel 2013, il silicio cristallino rappresentava oltre il 90 percento della produzione fotovoltaica mondiale, mentre il resto del mercato globale è costituito da tecnologie a film sottile che utilizzano tellururo di cadmio, CIGS e silicio amorfo
Le emergenti tecnologie solari di terza generazione utilizzano celle a film sottile avanzate. Producono una conversione relativamente ad alta efficienza a basso costo rispetto ad altre tecnologie solari. Inoltre, le celle multi-giunzione rettangolari ad alto costo, ad alta efficienza e compatte (MJ) sono preferibilmente utilizzate nei pannelli solari sui veicoli spaziali, in quanto offrono il rapporto più elevato di potenza generata per chilogrammo sollevato nello spazio. Le cellule MJ sono semiconduttori composti e realizzate con arsenuro di gallio (GaAs) e altri materiali semiconduttori. Un'altra tecnologia fotovoltaica emergente che utilizza celle MJ è il concentratore fotovoltaico (CPV).
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