Fotovoltaico: nuove tecnologie di oggi e di domani

Quando si decide di installare un impianto fotovoltaico nella propria casa o nella propria azienda ci si trova a dover effettuare una scelta tra varie tipologie di pannelli: vediamo insieme quali sono le differenze.

Pannelli Fotovoltaici in Silicio
I pannelli fotovoltaici basati sul silicio cristallino (c-Si) rappresentano la colonna portante dell’industria solare, costituendo circa il 95% della produzione globale di energia fotovoltaica. Le economie di scala hanno reso i pannelli c-Si più convenienti , efficienti e potenti rispetto ad altri materiali con un aumento costante dell’efficienza media dei pannelli dal 13,2% e 14,7% nel 2006 al 17% e 18% rispettivamente per le varianti policristalline e monocristalline.

Differenze tra moduli monocristallini e policristallini:

  • i moduli fotovoltaici monocristallini sono riconoscibili per la colorazione nera, l’aspetto uniforme e sono costituiti da singoli cristalli di silicio di elevata purezza orientati nella stessa direzione.
    Questo fa si che la produzione di energia sia maggiore in presenza di luce perpendicolare. Questa tecnologia offre un’efficienza elevata e una maggiore potenza in una superficie più ridotta.
  • i moduli in silicio policristallino, o multicristallino presentano invece celle di colore blu cangiante/azzurro, costituite da cristalli di silicio cristallizzato orientati in modo casuale. Hanno un’ efficienza inferiore se colpite perpendicolarmente dai raggi del sole ma un costo di produzione e un prezzo finale inferiore rispetto ai moduli monocristallini.

Nonostante la dominanza del silicio cristallino, vi è un costante sforzo verso l’innovazione e nuove tecnologie per la riduzione dei costi dei moduli, la diminuzione delle impurità metalliche, la mitigazione dell’impatto ambientale e la produzione di wafer più sottili.

Le celle PERC: tecnologia ‘Passivated Emitter and Rear Cell’
Le celle PERC rappresentano un avanzamento significativo nella tecnologia delle celle al silicio, pur non essendo molto diverse dalla celle monocristalline: il miglioramento chiave è l’integrazione di uno strato di materiale sul retro delle celle che è in grado di migliorare l’efficienza della cella. Questa tecnologia migliora l’efficienza delle celle solari standard attraverso un processo che aumenta la quantità di luce solare catturata e convertita in elettricità.

Celle Tandem e tecnologia a Film Sottile
Le celle solari tandem rappresentano un promettente orizzonte di efficienza, combinando due celle solari accoppiate meccanicamente una sull’altra, una a base di perovskite, un’altra la posteriore in silicio, in modo da lavorare in tandem e ottimizzare l’assorbimento della luce solare migliorando l’efficienza complessiva.

Parallelamente, le tecnologie a film sottile continuano a offrire alternative interessanti, grazie alla loro produzione potenzialmente più economica e flessibile, nonostante una quota di mercato in diminuzione rispetto ai pannelli a base di silicio. I moduli fotovoltaici a film sottile vengono realizzati tramite la deposizione di strati estremamente sottili di semiconduttori su materiali di supporto che costituiscono il corpo di un modulo fotovoltaico. Ci sono molte popolari tecnologie solari a film sottile disponibili sul mercato, tra cui

  • a base di silicio: il silicio amorfo e micromorfo;
  • non a base di silicio: (la perovskiti, il tellururo di cadmio [CdTe] e diseleniuro di rame-indio-gallio [CIGS]).

I pannelli a film sottile sono più flessibili rispetto ai pannelli cristallini, consentendo applicazioni speciali come i Building Integrated Photovoltaics (BIPV): questi moduli sono integrati direttamente negli elementi architettonici degli edifici, come tetti, facciate o finestre, combinando la produzione di energia con un’estetica accattivante. Vantano però prestazioni ed efficienze inferiori.

Celle Solari a Perovskiti
Un materiale emergente che sta catturando l’attenzione nel campo dell’energia solare è la perovskite. Questo minerale è eccezionale nell’assorbire la luce e ha mostrato un rapido progresso in termini di efficienza nella conversione dell’energia solare in elettricità: dal 3,8% nel 2009 al 24,2% nel 2018. Questo si avvicina all’efficienza record di laboratorio del silicio, che è del 26,7%.

Nonostante questi risultati promettenti, la tecnologia delle perovskiti deve superare alcune sfide significative, una delle principali difficoltà è la loro durata; i cristalli di perovskite si dissolvono facilmente in presenza di umidità e necessitano di protezione, ad esempio attraverso l’incapsulamento con ossido di alluminio o lastre di vetro sigillate. Inoltre, mentre le perovskiti hanno dimostrato di raggiungere alte efficienze in campioni di piccole dimensioni, replicare questi risultati su scale maggiori rimane una sfida.

Se questi ostacoli potranno essere superati, le celle solari in perovskite potrebbero rivoluzionare il mercato dell’energia solare grazie al loro costo di produzione inferiore e alla possibilità di essere prodotte a temperature relativamente basse, a differenza delle celle in silicio.

Tecnologie emergenti: moduli Bifacciali e fotovoltaico Galleggiante
I moduli bifacciali, che catturano la luce da entrambi i lati, aumentando significativamente l’efficienza energetica, particolarmente utili in installazioni su grandi superfici come i campi solari e le soluzioni come il fotovoltaico galleggiante, rappresentano aree di crescita entusiasmante, offrendo nuove modalità per ottimizzare la produzione energetica in diverse condizioni ambientali.

Conclusioni
Anche se il silicio continua ad mergere nel mercato dei pannelli fotovoltaici, le innovazioni continue sia nelle tecnologie esistenti che in quelle emergenti rappresentano un passo avanti significativo verso sistemi fotovoltaici più versatili, economici e promettono di ampliare i confini dell’efficienza e dell’applicabilità dell’energia solare.