Come funzionano i pannelli solari? - Richard Komp

Vedi la lezione completa: https://ed.ted.com/lessons/how-do-solar-panels-work-richard-komp

La Terra intercetta una gran quantità di energia solare: 173.000 terawatt. In pratica, diecimila volte quella effettivamente usata dagli abitanti del Pianeta. È possibile che in futuro l'umanità riuscirà a contare esclusivamente sull'energia solare? Richard Komp analizza il modo in cui i pannelli fotovoltaici convertono l'energia solare in energia elettrica.

Lezione di Richard Komp, animazione di Globizco.

La Terra intercetta una gran quantità
di energia solare:

173.000 terawatt.

In pratica diecimila volte quella usata
dagli abitanti del pianeta.

È possibile che un giorno

il mondo riesca a contare
esclusivamente sull'energia solare ?

Per rispondere alla domanda,

dobbiamo prima esaminare
in che modo i pannelli solari

convertono l'energia solare
in energia elettrica.

I pannelli solari sono fatti di unità
più piccole, chiamate celle fotovoltaiche.

Le celle fotovoltaiche più comuni
sono di silicio,

un semiconduttore che è il secondo
elemento più abbondante sulla Terra.

In una cella fotovoltaica,
il silicio cristallino

si trova in mezzo a due
strati conduttivi.

Ogni atomo di silicio è collegato a quelli
circostanti attraverso 4 legami forti,

che tengono gli elettroni al loro posto,
quindi la corrente non può fluire.

Ed ecco la chiave:

una cella fotovoltaica
usa due diversi strati di silicio.

Un silicio di tipo n,
che ha degli elettroni in più,

e un silicio di tipo p che ha spazi extra
per gli elettroni, chiamati lacune.

Nel punto in cui i due tipi
di silicio s'incontrano,

gli elettroni possono passare
attraverso la giunzione p/n,

lasciando una carica positiva da un lato

e creando una carica negativa dall'altro.

Si può immaginare la luce
come flusso di minuscole particelle

dette fotoni,

che fuoriescono dal sole.

Quando un fotone colpisce la cella
fotovoltaica con energia sufficiente,

riesce a staccare un elettrone
dal suo legame, creando una lacuna.

L'elettrone di carica negativa

e la posizione
della lacuna di carica positiva,

sono ora libere di muoversi.

Ma a causa del campo elettrico
alla giunzione p/n,

andranno in una sola direzione.

L'elettrone è attratto verso il lato n,

mentre la lacuna
è attratta verso il lato p.

Gli elettroni in movimento
vengono raccolti

da sottili dita metalliche
alla sommità della cella.

Di qui, fluiscono attraverso
un circuito esterno,

producendo un lavoro elettrico,
come accendere una lampadina,

prima di riattraversare il foglio
conduttore di alluminio sul retro.

Ciascuna cella fotovoltaica
emette solo mezzo volt,

ma è possibile combinarle in moduli
per ottenere una potenza maggiore.

Dodici celle fotovoltaiche bastano
per ricaricare un cellulare,

ma ne servono diversi moduli
per fornire energia a una casa.

Gli elettroni sono le uniche parti mobili
in una cella fotovoltaica

e tutti ritornano al punto di partenza.

Non c'è nulla da usare
o da consumare,

quindi le celle fotovoltaiche
possono durare anche per decenni.

Ma allora, cosa ci impedisce di affidarci
completamente all'energia solare?

Ci sono in gioco fattori politici,
per non parlare poi delle imprese

che fanno pressione
per mantenere lo status quo.

Ma per ora, concentriamoci
sulle sfide fisiche e logistiche

la più evidente delle quali

è che l'energia solare non è distribuita
uniformemente sul pianeta

Alcune aree sono più soleggiate di altre.

Ed è anche mutevole.

Di notte o in giorni nuvolosi,
c'è meno energia solare a disposizione.

Per potersi affidare
completamente al solare,

ci vorrebbero metodi efficaci
per portare energia elettrica

dalle località soleggiate
a quelle nuvolose

e anche un valido sistema
per la conservazione dell'energia.

L'efficienza stessa della cella
fotovoltaica viene messa a dura prova.

Se la luce del sole viene riflessa
invece di essere assorbita,

o se gli elettroni che si distaccano
vanno a ricadere in una lacuna

prima di attraversare il circuito,

quell'energia fotonica va perduta.

Anche la cella fotovoltaica più efficiente

converte solo il 46% della luce solare
disponibile in energia elettrica

e gran parte degli impianti in commercio
ha un'efficienza del 15-20%.

In realtà, nonostante questi limiti,

oggi sarebbe possibile

fornire energia al mondo intero
usando la tecnologia solare disponibile.

Servirebbero fondi
per la costruzione di infrastrutture

e anche un bel po' di spazio.

Le stime variano da decine a centinaia
di migliaia di chilometri quadrati.

che sembrano tantissimi,

ma il solo deserto del Sahara,
ad esempio,

ha una superficie
di 8 milioni di chilometri quadrati.

Nel frattempo, le celle fotovoltaiche
stanno migliorando, calano di prezzo

e sono in competizione
con l'energia elettrica della rete.

Innovazioni come le fattorie
solari galleggianti

potrebbero cambiare
totalmente lo scenario.

Esperimenti a parte, però,

resta il fatto
che più di un miliardo di persone

non hanno accesso
a una rete elettrica affidabile,

specie nei paesi in via di sviluppo,

in molti dei quali
il sole abbonda.

In questi luoghi,

l'energia solare è già
molto più economica e sicura

rispetto alle alternative disponibili,

come il kerosene.

Per Paesi come la Finlandia
o come Seattle, invece,

un sistema efficace di energia solare
forse è ancora di là da venire.