Moduli a costi sempre più bassi e con rendimenti sempre più alti

Pubblicato il Market Report 2011 di EPIA (European Photovoltaic Industry Association) che vede l'Italia, con 9 GW di impianti connessi, superare per la prima volta la Germania e diventare il primo mercato al mondo di impianti fotovoltaici seguita da Germania (7,5 GW), Cina (2 GW), Stati Uniti (1,6 GW), Francia (1,5 GW) e Giappone (1,1 GW). Gli altri paesi si caratterizzano per un potenza installata inferiore al GW.

Il fotovoltaico sta continuando a crescere a ritmi vertiginosi: +70% annuo per l'installato totale, diventando per potenza la terza fonte rinnovabile, dietro idroelettrico ed eolico. Con una produzione stimata di 80 miliardi di kWh si possono servire di energia elettrica circa 20 milioni di case.

In Italia la produzione di energia elettrica arriverà a coprire quest'anno circa il 3% dei consumi elettrici, mentre quella ottenuta in Germania, già paese leader in Europa per potenza accumulata negli anni precedenti al 2011 (circa 24,7 GW), nel primo semestre di quest'anno è stata del 3,5%.

Secondo le stime il silicio cristallino dominerà il mercato anche nel 2012. Inoltre con l’arrivo di investimenti sull’innovazione tecnologica su larga scala ci saranno sicuramente tagli ai costi di produzione.
Interessante, tra le innovazioni che vedranno un’implementazione su larga scala nel corso del 2012, sarà la coltivazione di lingotti di silicio “pseudo-mono”, che dovrebbe in sostanza permettere la realizzazione di wafer in monocristallino al prezzo ridotto dei wafer in policristallino. Oppure la tecnologia degli emettitori selettivi, che dovrebbe aumentare l'efficienza delle celle. Assieme ai metodi per ridurre l'uso di materiali costosi, queste innovazioni porteranno sicuramente a ridurre il costo di produzione per watt.
La ricerca però non è solo orientata alla diminuzione dei costi e nei prossimi anni ci saranno grandi novità su prodotti non basati solamente sul silicio.

L'Università di Torino ha da poco presentato un prototipo di pannello fotovoltaico realizzato con materiali organici come l'argilla e i mirtilli, un'innovazione che nasce in realtà dalla tecnologia sperimentata dal chimico svizzero Michael Grätzel e che va sotto il nome di “dye sensitized solar cells” (celle solari al colorante sensibile).
Grazie all'utilizzo di coloranti fotosensibili composti da biossido di titanio e colorante organico sensibile alla luce, posizionati tra due lastre di vetro, è possibile produrre energia elettrica tramite qualunque tipo di superficie e senza la necessaria esposizione diretta ai raggi solari, ma anche con luce diffusa.
Questi pannelli hanno un rendimento di 40 watt al metro quadro con la luce solare e di 25 con quella dell’appartamento o dell’ufficio. Una superficie vetrata di 10 metri quadrati, ad esempio, di un alloggio di 100 metri quadrati, può arrivare a un rendimento di 55 chilowatt al mese, con un risparmio di circa 50 euro a bimestre. Naturalmente una finestra attrezzata con il fotovoltaico organico costa mediamente il 40% in più di una normale, ma i promotori del prototipo assicurano che la spesa iniziale viene riassorbita in meno di un anno.

L’Università di Pisa in collaborazione con il centro di ricerche Enel sta progettando la realizzazione di un sistema energetico altamente tecnologico costituito da 38 pannelli fotovoltaici a celle che si chiama Diamante. L’impianto consente di testare la generazione di elettricità integrandola con un sistema in grado di accumulare l'energia e di renderla disponibile anche quando non c’è il sole a servizio delle colonnine per le ricariche delle auto elettriche e per l'illuminazione del parco della sede della facoltà di Architettura di Roma. Un progetto simile è stato già impiegato a Pratolino in Toscana ed è in grado di produrre energia per 24 ore grazie a un sistema di accumulo per un totale di circa 11 kWh, il consumo medio di un condominio di 5-6 piani.

L’Advanced Institute of Science and Technology, tramite il team guidato dal professor Tatsuya Shimoda sta sviluppando un sistema per realizzare celle fotovoltaiche tramite silicio liquido, piuttosto che solido.
Si tratta di un esperimento che può aprire delle prospettive interessanti secondo i ricercatori giapponesi, sempre se riusciranno a risolvere il problema del bassissimo rendimento ottenuto: appena 1,79% di efficienza di conversione.

I ricercatori statunitensi della Notre Dame University hanno messo a punto una vernice capace di trasformare la luce in energia. Si tratta di una miscela di materiali polimerici e di particelle di biossido di titanio rivestite con solfuro e seleniuro di cadmio sospesa in una soluzione idroalcolica per creare una pasta. Ricoprendo con questa pasta un buon conduttore ed esponendo il tutto alla luce, si può generare elettricità.
Chiaramente la capacità del prodotto di generare elettricità è determinata dal materiale sul quale sarà posato. Anche in questo caso l’efficienza è molto bassa poiché la capacità energetica della vernice è dieci volte minore rispetto ai pannelli al silicio.

E' incoraggiante però scoprire quanto possa essere possibile immaginare per il futuro non solo città ecosostenibili, ma anche esteticamente gradevoli con sistemi fotovoltaici completamente integrati con strutture edilizie e complementi d’arredo urbano.
Per chi pensa che la ricerca tecnologia vada veloce può attendere prodotti sviluppati all’MIT – Massachusetts Institute of Technology dove stanno sviluppando un sistema per produrre energia solare dai normali vetri, senza bisogno di utilizzare celle o vetri fotovoltaici al silicio. Grazie al biossido di titanio e a un rivestimento colorato per aumentare l’assorbimento della luce, questo “vetro solare” (chiamato glass solar cell appunto) permette anche di ridurre il surriscaldamento della casa, limitandone così la necessità di raffreddamento. La collaborazione con un’azienda australiana prevede di immettere nel mercato una cella fotovoltaica trasparente o colorata verso la fine del 2014.
Infine molte aziende pensano di riuscire ad aumentare esponenzialmente il rendimento delle attuali celle fatte di silicio tramite il fotovoltaico a concentrazione. Grazie a celle fatte di silicio, ma del tipo chiamato "a tripla giunzione", simili a quelle che montano i satelliti che garantiscono un'alta affidabilità anche in condizioni estreme. Tripla giunzione significa che ogni cella ha al proprio interno tre diodi composti di strati di silicio trattati in modo diverso in modo da riuscire a sfruttare frequenze diverse della luce solare. All'esterno della cella, invece, a raccogliere e concentrare i raggi ci pensano delle lenti di Fresnel, vetri capaci di lavorare in poco spazio e che aumentano la concentrazione dell'irraggiamento di 1.300 volte, portando il rendimento dal 15-20% garantito dal fotovoltaico tradizionale a oltre il 35%, con la prospettiva di arrivare presto anche al 50%. Significa che ben la metà del potenziale energetico dei raggi sarebbe davvero sfruttato.

Nel campo delle rinnovabili, ma soprattutto nella ricerca sulla tecnologia fotovoltaica, ormai la fantascienza sta diventando realtà.

Andrea Bernardi
Consulente Energetico
Studio Tecnico Bernardi
www.studiobernardi.eu