Costi e benefici dei pannelli fotovoltaici a film sottile

I prezzi dei pannelli fotovoltaici negli ultimi 10 anni sono diminuiti grazie all’aumento esponenziale della domanda che ha fatto ridurre i costi di produzione su grande scala. Una crescita tuttavia un po artificiosa a causa degli incentivi, soprattutto nel nostro Paese, generosi e in alcuni casi distorsori delle logiche di mercato.

Con l’introduzione dei nuovi meccanismi di incentivazione delle fonti rinnovabili la prima domanda che si pone il settore è se si assisterà ad un calo di domanda per il 2011. Secondo gli ultimi dati la potenza installata negli impianti industriali sarà sufficiente e supererà la domanda attuale: le stime di Credit Suisse fissano la domanda industriale di celle fotovoltaiche nel 2011 intorno ai 14.000 MW(picco), a fronte di una capacità produttiva di 25.000 MW(picco)

Rimane aperta la questione dell’efficientamento energetico famigliare: la tecnologia per l’assorbimento dell’energia sta cambiando con notevole frequenza e la resa del fotovoltaico potrebbe aumentare, migliorandone la convenienza a livello domestico.

Ad oggi infatti il costo dei moduli fotovoltaici e delle strutture incide per circa il 50-70% variabile a seconda della potenza installata ed è la parte più longeva dell’investimento con una durata che può sfiorare i 50 anni. Le difficoltà economiche restano comunque anche in altri componenti come negli inverter, attualmente difficili da reperire anche a causa del fatto che gli impianti fotovoltaici sono destinati a cambiare molto velocemente.

Le installazioni tradizionali di prima generazione (in silicio monocristallino o policristallino) sono ormai arrivati ad uno stadio maturo di sviluppo tecnologico. L’efficienza non aumenta più in modo significativo e il costo dell’energia è di circa 25 centesimi/€ al KWh (senza incentivazioni). La produzione con fonti fossili si aggira invece tra i 6 e 8 cent/€ ma paragonare i due dati sarebbe errato.

Un ragionamento attento infatti porterebbe alla consapevolezza che si sta confrontando un prezzo “domestico” rispetto a quello di produzione delle nelle centrali con il conseguente rincaro nelle fasi di trasporto e vendita. I 25 centesimi già oggi rappresentano la “quasi” grid-parity per i consumatori finali: gli impianti fotovoltaici produrrebbero energia ad un costo di 25 cent€ che corrisponde a quanto viene pagato lo stesso consumo in bolletta.

La promessa di una migliore resa arriva dalla seconda generazione di impianti rinnovabili, il fotovoltaico a film sottile. La tecnologia è in pieno sviluppo e permette un rendimento maggiore rispetto ai vecchi pannelli: anche la grid parity in termini assoluti inizia ad avvicinarsi a 13-15 cent€ nelle migliori ipotesi. Per arrivare veramente ad una parità occorre, oltre ad una diminuzione ulteriore dei costi, anche un aumento di efficienza per abbattere l’impatto del BOS.

Secondo le ultime ricerche del Politecnico di Milano la tecnologia a film sottile, dal 2008 dove veniva utilizzata nel 16% dei casi, arriverà ad una diffusione del 34% entro fine 2012.

Lo standard (per costruire celle in silicio a film sottile, singola giunzione, tripla giunzione, tandem amorfo e microcristallino) non è ancora stato fissato ma i costi tra silicio amorfo, Tellururo di cadmio, Solfuro di cadmio, Arseniuro di gallio, Diseleniuro di indio rame e Diseleniuro di indio rame gallio fanno prevalere al momento quest’ultimo. Vi sono ancora difficolta, per alcuni materiali, legate al mantenimento di efficienza del tempo, alla tossicità (del cadmio ad esempio), o al costo del materiale monocristallino (come per il GaAs).

Quale sarà quindi la tecnologia a film sottile più utilizzata? Il prezzo deciderà il vincitore in quanto non ci sono ad oggi problemi di produzione su larga scala con nessuno dei materiali esaminati. Attualmente il silicio amorfo ha un efficienza tra le più basse (tra il 6,5% e il 7%): studiosi americani affermano che prevarrà almeno nella fase iniziale e non presenta effetti tossici come il Tellururo di Cadmio, il quale ha raggiunto un costo di produzione tra i più bassi ma è tossico se viene disperso nell’ambiente.

Rimangono ancora alcuni difetti di standardizzazione attualmente per il Diseleniuro di indio rame e il Diseleniuro di indio rame gallio, che attualmente raggiungono già un’efficienza del 9% anche se si rivela, come emerso in precedenza, quello più promettente.

La ricerca negli ultimi mesi ha fatto progressi da gigante: in laboratorio si è arrivati a raggiungere un’efficienza energetica superiore al 20% mentre negli USA alcune società come la MiaSolè stanno iniziando la vendita dei pannelli di materiale polimerico Cigs (rame, indio, gallio, selenio) che raggiungono le stesse prestazioni del silicio cristallino, ovvero quasi il 16%. I costi sono ancora più alti ma le previsioni di ricerca (fissate al 13% per il 2011) fanno sperare in una riduzione veloce dei prezzi di commercializzazione grazie anche al risparmio energetico ottenuto nel processo di fabbricazione (450 gradi contro i 550 precedenti necessari).

Il CIGS ha un efficienza di conversione stabile che permette prestazioni costanti  per molti anni: inoltre l’uso dell’alluminio come sottostruttura garantisce un alto livello di conducibilità e costi molto contenuti, senza dover separare il processo di deposito sui pannelli di uno strato inferiore che funzioni da elettrodo. Riducendo cosi il 99% del silicio utilizzato rispetto ai pannelli tradizionali è possibile un risparmio di costi, di cui beneficiano soprattutto gli stabilimenti su larga scala.

I costi a confronto

Ad oggi la diminuzione dei prezzi sul multicristallino porta una stima per il 2015 intorno a 0,93 $ / W (rispetto a 1,30$ / W del 2010). La riduzione dei costi avverrà anche grazie all’efficientamento delle strutture che passeranno da una resa del 14,0% nel 2009 al 16,1% nel 2015. Miglioramenti anche per i film di silicio che passeranno da un’efficienza attuale del 9,0% a più del 11,0% portando i costi 2010 da 1,25 $ / W nel a 0,80 $ / W nel 2015.

Il tellururo di cadmio rimane la tecnologia più economica nonostante sia quella meno efficiente: è prevista una discesa da 0,75 dollari / W nel 2010 fino a 0,54 $ / W nel 2015.

La vera novità in termini di costi sarà per le tecnologie CIGS che secondo gli ultimi dati crolleranno da 1,69 $ / W a 0,76 $ / W nel 2015 e sarà garantità un’efficienza del 14,2: il tutto mantenendo i margini lordi per gli sviluppatori di oltre il 30%.

Come sarà il 2011 per i prezzi dei pannelli fotovoltaici?

Il periodo che si prospetta, nonostante i tagli, non sarà così semplice: si è fatto un uso massiccio delle celle fotovoltaiche, trasformato in abuso negli ultimi anni.

Il cambio di rotta degli incentivi porterà ad una diminuzione di circa il 6% annuo delle installazioni. Saranno i cinesi a far abbassare i prezzi: nonostante le tecnologie oltreoceano non siano ancora alla portata di tutti si potrà arrivare ad un’efficienza energetica molto superiori per un misero dollaro per watt. La grid parity è sempre più vicina.