La radiazione solare nelle lunghezze d'onda dal rosso al viola fa esplodere una cella solare con energia sufficiente per creare elettricità. Ma le celle solari non rispondono a tutte le forme di luce. Le lunghezze d'onda nello spettro infrarosso hanno troppo poca dell'energia necessaria per spingere gli elettroni liberi nel silicio della cella solare, l'effetto che produce corrente elettrica. Le lunghezze d'onda ultraviolette hanno troppa energia. Queste lunghezze d'onda creano semplicemente calore, che può ridurre l'efficienza di una cella. Le celle solari richiedono determinate lunghezze d'onda nello spettro luminoso per generare quantità utili di elettricità.
Anatomia di una cella solare
Una cella solare o fotovoltaica è un sandwich di silicio a due strati; uno strato, detto di tipo N, contiene tracce di elementi come l'arsenico per conferire al materiale una carica elettrica negativa; il secondo strato, chiamato di tipo P, è allacciato con altri elementi che danno una carica positiva. Elettricamente, i due lati agiscono come i terminali di una batteria; quando collegato a un circuito, una corrente elettrica scorre dal lato positivo, attraverso i componenti del circuito e al lato negativo della cella solare. Alcune celle solari utilizzano silicio in forma cristallina; altri usano un silicio amorfo o simile al vetro. Il silicio cristallino tende ad essere più efficiente nel convertire la luce ma costa di più rispetto al tipo amorfo.
Effetto della luminosità
La luminosità o la luminosità è la quantità di luce che brilla su una cella solare. Nell'oscurità totale, una cellula non produce elettricità. All'aumentare della quantità di luce, aumenta anche la corrente della cella. Ad un certo livello di luminosità, tuttavia, l'uscita della cella raggiunge un limite; oltre questo punto, più luce non fornisce corrente aggiuntiva. Le specifiche di una cella solare includono una tensione nominale e una corrente nominale che è l'uscita della cella sotto la luce diretta del sole. Per ottenere il massimo rendimento da una cella solare, è importante orientarla il più direttamente possibile verso il sole. Un installatore di pannelli solari, ad esempio, monterà un pannello con un'angolazione che catturi la maggior parte dei raggi solari. L'angolo dipende da dove ti trovi sulla terra: più sei a nord oa sud dall'equatore, più l'angolo è ripido. Alcune "fattorie" di energia solare hanno pannelli su un meccanismo che si inclina, seguendo il movimento quotidiano del sole nel cielo.
Spettro, lunghezza d'onda e colore
La luce visibile fa parte dello spettro elettromagnetico, una forma di energia che comprende anche onde radio, ultraviolette e raggi X. I colori dell'arcobaleno contenuto nella luce visibile rappresentano diverse lunghezze d'onda; la lunghezza d'onda del colore rosso, ad esempio, è di circa 700 nanometri, o miliardesimi di metro, e 400 nanometri è la lunghezza d'onda del viola. Le celle solari rispondono a molte delle stesse lunghezze d'onda rilevate dall'occhio umano.
Luce solare o luce artificiale
Le celle solari generalmente funzionano bene con la luce solare naturale, poiché la maggior parte degli usi per i dispositivi a energia solare sono all'aperto o nello spazio. Poiché le fonti di luce artificiali come le lampadine a incandescenza e fluorescenti imitano lo spettro del Sole, le celle solari possono funzionare anche in ambienti chiusi, alimentando piccoli dispositivi come calcolatrici e orologi. Altre sorgenti artificiali come laser e lampade al neon hanno spettri di colore molto ristretti; le celle solari potrebbero non funzionare altrettanto efficacemente con la loro luce.