Dove va l’energia solare

Film sottile, a concentrazione, cristallino: sono le diverse facce dell’energia solare. Come si stanno evolvendo le diverse tecnologie? Molto e soprattutto rapidamente, spiegano gli addetti ai lavori. Vediamo allora come si stanno muovendo.

Si guarda all’alta concentrazione…

Il gruppo ABB ha voluto puntare su celle realizzate con silicio a tripla giunzione, con una tecnologia mutuata «da quella spaziale utilizzata per i satelliti», spiega Paolo Zizzo, marketing and sales manager della divisione Power generation. «Le celle hanno dimensioni di pochi millimetri, e su questa superficie vengono concentrati i raggi del sole». Sono particolari lenti, dette di Fresnel, destinate a raccogliere e concentrare i raggi in grado di operando in poco spazio e aumentando la concentrazione dell’irraggiamento di 1.300 volte (per maggiori specifiche circa questa tecnologia leggete l’articolo precedente). L’efficienza ottenibile è molto elevata: «si parte da un rendimento del 35-40% ma con un trend in ulteriore crescita e potenzialità: si pensa infatti di arrivare a un rendimento di circa il 50% a livello industriale, considerando quello della cella», spiega Zizzo.

I limiti del solare a concentrazione sono dati dalla necessità di un sistema di puntamento molto più preciso rispetto a quello tradizionale e di un ottimale irraggiamento diretto. Questo secondo aspetto è relativamente limitante, in quanto «è una condizione che si ha, in Italia, solo in Sicilia, Puglia e Sardegna», ammette il manager ABB, spiegando anche che questo tipo di tecnologia è destinata a essere impiegata solo in alcune parti del mondo con determinate caratteristiche di luce diretta.

Intanto ABB è entrata in partecipazione con la statunitense GreenVolts, oltre che con la tedesca Novatec Solar con cui sta lavorando su un progetto mirato al solare termodinamico, una realizzazione «completamente diversa rispetto a quanto finora si è visto nello specifico settore, in cui ci si basa su sistemi tipo solar tower o sulle parabole lineari (parabolic trough). La nostra tecnologia prevede di utilizzare degli specchi a configurazione di Fresnel. I benefici per questa tecnologia è di essere valida ed economicamente conveniente a partire da impianti di dimensioni a partire da 30-50 MW fino a 200 MW», illustra Zizzo.

…e a quella a bassa concentrazione

In tema di solare a concentrazione, Convert Italia sta lavorando invece a livello nazionale, «su moduli a bassa concentrazione in grado di sfruttare sia la componente di irraggiamento diffusa sia quella diretta», spiega Matteo Demofonti, business development and marketing manager della società. Ciò si traduce in uno spettro di applicazione più ampio rispetto alla tecnologia ad alta concentrazione che, proprio facendo l’esempio italiano, può andare a toccare tanto il Nord quanto il Sud del Paese.

Gli incentivi possono rappresentare uno stimolo perché questa tecnologia prenda piede in Italia. A patto però – evidenzia Demofonti – di «fornire soluzioni concrete e competitive, cosa possibile concretamente solo a pochissime aziende». Più che un’ulteriore evoluzione, la sfida futura è quella di «proporre una tecnologia capace di produrre energia elettrica a prezzi concorrenziali o più bassi rispetto a quelli con fonti energetiche tradizionali». La via da intraprendere è quindi quella che dovrà passare da una fase di industrializzazione vera e propria che comporterà una riduzione dei costi.

Il film sottile punta all’efficienza

Arriviamo così al film sottile. L’evoluzione tecnologica, anche in questo caso, corre. Sulla direzione che sta prendendo, ce ne parla Maarten van Cleef, vice presidente sales Sud Europa di United Solar Ovonic, che illustra come i processi di creazione e deposizione dei film sottili «si sono altamente diversificati e specializzati, partendo da processi industriali di tipo Pecvd dove dei gas, a fronte di una eccitazione elettromagnetica ‘annichiliscono’ su uno supporto generalmente di vetro, a formare il film sottile, così come lo conosciamo. A questo si accompagnano altre tecniche (sputtering) o anche screen printing dove la pellicola viene stampata sul supporto, anch’esso di varia natura».

Lo stesso Van Cleef illustra le potenzialità di questa tecnologia: «i film sottili fotovoltaici, prodotti in processi di tipo continuo (roll-to-roll) o di tipo discontinuo (batch), offrono caratteristiche di omogeneità, robustezza, maggiore produzione energetica in condizioni reali di funzionamento e non ottimale orientamento, funzionano meglio dei moduli standard alle alte temperature e hanno ormai comprovate caratteristiche di stabilità nel tempo.

Inoltre l’energia necessaria per la loro produzione è enormemente inferiore a quella dei moduli in tecnologia standard, rendendoli un prodotto rispettoso per l’ambiente con minori emissioni di CO₂». Un esempio è costituito dal prodotto Unisolar in particolare, «basato sulla tecnologia roll-to-roll in tripla giunzione in silicio amorfo, che ha un ulteriore vantaggio competitivo rispetto alle altre tecnologie in film sottile: ha la capacità di migliorare l’efficienza di conversione in periodo estivo, grazie al fenomeno di thermal annealing, una sorta di ricottura del silicio amorfo alle alte temperature che lo fa ringiovanire e essere più efficace, da cui una ulteriore maggiore produzione energetica anche all’interno del panorama dei film sottili fotovoltaici» spiega il manager.

La sfida del futuro, spiega Van Cleef, è quella di lavorare su una più elevata efficienza di conversione più bassa, in media, di quella delle tecnologie standard. «Tuttavia a fronte di un limite teorico conosciuto di efficienza del 25-26% per il silicio cristallino, i film sottili esibiscono valori anche superiori al 30%. Con un potenziale di riduzione dei costi di produzione sensibilmente superiore all’aumentare dell’efficienza».

Promesse cristalline

Arriviamo così al fotovoltaico tradizionale, quello mono e policristallino, che si presenta come il «classico» ma non ha certo intenzione di passare per datato. Basti pensare a Suntech, il più grande produttore di pannelli fotovoltaici adatti per ogni applicazione e mercato. Solo nel 2011 ha investito 40 milioni di dollari in R&D, impiegando più di 450 tra ingegneri e ricercatori.

«L’evoluzione tecnologica ha un’enorme importanza perché è una componente fondamentale per raggiungere la condizione di grid parity – spiega Vincenzo Quintani, sales director Southern Europe di Suntech –. Nella tecnologia cristallina abbiamo assistito a un continuo miglioramento dell’efficienza: le nostre celle, per esempio, sono passate dal 14 al 20% dal 2001 a oggi. Le migliorie si sono anche registrate nell’abbassamento dei costi da 6 dollari per watt a un dollaro per watt quindi possiamo davvero essere convinti di aver fatto bene a investire in ricerca e sviluppo».

Dove si stia dirigendo la ricerca lo evidenzia lo stesso Quintani: «mi limiterei a parlare di quella su scala industriale perché la vera sfida è proprio quella di passare dai record in laboratorio su celle multi giunzione di piccolissime dimensioni alle dimensioni industriali. Sicuramente si assiste a una continua miglioria dei materiali, che si stanno affinando». C’è poi, ricorda, il discorso legato all’evoluzione delle tecnologie di produzione: «un esempio è proprio Pluto, in assoluto il tool tecnologico più produttivo che permette di depositare sulle celle delle griglie metalliche molto più sottili di 30 micronmetri rispetto a quelle standard decisamente più spesse (80-120 µm) e quindi riducendo l’ombreggiamento aumenta l’efficienza delle celle».

La tecnologia Pluto è quella adottata da Suntech per le celle solari, nata nel 2009: una tecnologia che in condizioni di produzione standard, consente di ottenere valori di efficienza superiori al 20%. E per evidenziare quanto sia veloce l’evoluzione tecnologica basta considerare proprio l’esempio di Pluto: «fino a due anni fa era applicato a una piccolissima parte della produzione e ora copre il 50% circa».

E il futuro è ancora più interessante in generale, e vedrà – c’è da scommetterci – un ruolo anche per le nanotecnologie, un ruolo a detta di Quintani «che ipotizzo importante già nel medio termine con la commercializzazione di prodotti entro 3-5 anni».