Un impianto fotovoltaico è costituito da due elementi principali: i pannelli che trasformano la luce solare in elettricità, e gli inverter, che converte la corrente continua generata dai pannelli in corrente alternata da poter consumare o immettere in rete.
Ci sono poi i cavi, il quadro elettrico, il contatore e le strutture di fissaggio dei pannelli. L’effetto fotovoltaico è un principio naturale: l’energia contenuta nei fotoni della luce agisce sul materiale semiconduttore (in questo caso il silicio delle celle) spezzando i legami degli elettroni che si liberano lasciando inoccupate delle posizioni; queste posizioni libere, che si concentrano nella parte della cella esposta al sole, agiscono come cariche positive. Dalla parte opposta della cella convergono gli elettroni a carica negativa generando così una tensione tra i due lati, positivo e negativo, del modulo. La tensione viene sfruttata collegandola ad un carico, producendo corrente elettrica.
Esistono tipi di pannelli fotovoltaici con differenti caratteristiche:
- pannelli monocristallini, prodotti utilizzando una singola struttura cristallina omogenea di silicio quasi puro; vantano i migliori rendimenti, con valori che oggi arrivano al 21-22% dell’energia captata dalla superficie;
- pannelli policristallini, realizzati mediante l’unione di cristalli di silicio tagliati da un blocco; hanno prestazioni vicine a quelle dei moduli monocristallini (circa il 16%), e sono meno costosi;
- pannelli in silicio amorfo a film sottile, costituiti da una lastra di silicio amorfo (ma anche tellururo di cadmio o il seleniuro di gallio-indio-rame) trattata per aumentare la conducibilità; funzionano bene anche con basso irraggiamento e sono più economici, ma il rendimento è inferiore (8-9%).
I pannelli fotovoltaici hanno il rendimento migliore con la luce solare diretta, ma producono comunque una certa quantità di elettricità in presenza di giornate nuvolose o con luce indiretta. Con l’irraggiamento solare del nostro Paese e orientando i pannelli nel modo corretto (con un’inclinazione di 30-35 gradi verso sud) per ogni kWp (potenza nominale di picco in condizioni di standard) il fotovoltaico produce 1.100-1.200 kWh l’anno per kWp installato, al Sud anche 1.500 kWh/anno. Per ogni kW installato servono 7-10 m2 di superficie per moduli in silicio cristallino complanari alle coperture inclinate; lo spazio occupato è maggiore se la superficie del tetto è piana e vanno disposte più file di moduli inclinati. Effettuando una regolare manutenzione, un impianto resta produttivo in modo ottimale per 20-25 anni, dopodiché inizia un sensibile decadimento delle prestazioni.