Home Imprese Sostenibili Fotovoltaico, non più solo pannelli rettangolari

Fotovoltaico, non più solo pannelli rettangolari

pubblicato il:
energia solare - fotovoltaico - sistemi di accumulo

Uno degli elementi indispensabili per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione è l’aumento della produzione di energia elettrica da sistemi fotovoltaici. Nel nostro Paese la ricerca sta facendo importanti progressi, sia per quanto riguarda le efficienze di conversione, che ormai raggiungono livelli record, sia per i possibili ambiti di applicazione, che stanno diventando sempre più numerosi

Fra non molto, l’ansia per la batteria scarica potrebbe diventare un ricordo grazie alla possibilità di ricaricare i nostri cellulari dagli abiti che indossiamo o dallo zaino che portiamo sulle spalle.

Sono solo alcune delle applicazioni delle celle fotovoltaiche realizzate con materiali semiconduttori organici che, grazie alla loro struttura flessibile, possono essere installate su oggetti di forme e materiali inaccessibili alle celle tradizionali, rigide e non flessibili.

Tuttavia, fino a oggi le celle organiche hanno dovuto fare i conti con le perdite di efficienza dovute a una fisica molto più complessa rispetto a quelle dei pannelli in silicio.

Dopo quattro anni di ricerche, un gruppo del Politecnico di Milano e dell’Università di Erlangen-Norimberga ha pubblicato uno studio su Nature Communications in cui dimostra di aver sviluppato nuovi materiali che permettono di superare questo limite.

Ricerche scientifiche sul fotovoltaico

Il gruppo di lavoro, di cui fanno parte tra gli altri Franco Valduga de Almeida Camargo e Giulio Cerullo del Politecnico di Milano, ha fabbricato le celle utilizzando due materiali organici fotoattivi, il Wf3, un copolimero, e l’O-Idtbr, una molecola più piccola, riuscendo a ottenere un’efficienza di conversione del 12%, abbastanza vicina al massimo finora raggiunto del 17%.

Grazie ai costi di fabbricazione più bassi e a una Lca – life cycle assessment – molto più leggera rispetto a quella dei pannelli in silicio, le celle organiche sono considerate una delle tecnologie più promettenti per facilitare la diffusione dei sistemi fotovoltaici.

Le sperimentazioni in corso all’Istec-Cnr sulle celle fotovoltaiche a coloranti organici guardano invece alle foglie, che da centinaia di milioni di anni catturano e trasformano in elettricità (e nutrienti e ossigeno) la radiazione solare.

I prototipi sviluppati dall’Istituto di scienza e tecnologia dei materiali ceramici utilizzano un substrato conduttore, spesso di vetro, su cui viene depositato uno strato poroso, che può essere un semiconduttore inorganico come l’ossido di titanio.

Viene poi applicato un colorante organico – è stato impiegato anche il succo di mirtillo – che cattura l’energia luminosa, esattamente come fa la clorofilla delle piante.

Il risultato è una cella fotoelettrochimica che genera elettricità come una foglia. E anche se al momento le efficienze di conversione sono ancora basse, si aggirano sul 5%, l’Istec prevede di duplicarle entro breve tempo.

Tuttavia, il vero punto di forza di queste tecnologie è la loro capacità di integrarsi facilmente con il patrimonio edilizio. La building integration è infatti uno degli assi portanti della diffusione del fotovoltaico in edilizia e le celle sviluppate dall’Istec possono essere applicate su tetti, pareti esterne, ma anche su finestre e altri elementi come tende parasole, contribuendo anche a ridurre il consumo di suolo.

Inoltre, i meccanismi di produzione di queste celle, come la deposizione inkjet, vale a dire a getto di inchiostro, si integrano molto bene con la filiera dell’edilizia nel nostro Paese: da anni, per esempio, l’industria delle piastrelle usa l’inkjet e questo rende più facili i travasi di competenze e i processi di innovazione.

Alternative all’uso del silicio nelle celle fotovoltaiche

Quello delle alternative al silicio è uno dei settori di ricerca più dinamici. Uno dei candidati più promettenti è la perovskite, un materiale di sintesi che ha una struttura cristallina simile a quella di alcuni minerali scoperti nel 1839 sui Monti Urali e dedicati a Lev Perovski, uno dei più grandi collezionisti di minerali dell’epoca.

La perovskite si caratterizza per i bassi costi di produzione e per la facilità di deposizione, che la rendono adatta anche agli impieghi nelle finestre o sugli edifici.

Presso i laboratori dell’Enea di Portici, un gruppo di ricerca composto da Vera La Ferrara, Antonella De Maria e Gabriella Rametta è riuscito a raggiungere un’efficienza di conversione del 20,8%, un valore in linea con quello ottenuto dai migliori team di ricerca del mondo.

Tuttavia, come hanno sottolineato le ricercatrici, prima della commercializzazione su larga scala delle celle a perovskite restano da risolvere problemi legati alla stabilità dei materiali, che dopo 2 anni inizia a peggiorare e alla scalabilità dei processi di produzione, che per adesso riescono a garantire una buona velocità nella deposizione del materiale fotoelettrico solo su celle di pochi centimetri quadrati.

Puntano invece a ottenere sistemi fotovoltaici a concentrazione con efficienze record, nell’ordine del 40%, le ricerche in corso presso l’Rse.

Per arrivare a percentuali così alte Rse mira a realizzare celle multigiunzione in cui l’arseniuro di gallio e l’indio-gallio-fosforo vengono combinati con il germanio, il silicio-germanio e il silicio-germanio-stagno.

Le celle multigiunzione sono quindi fabbricate con leghe di materiali semiconduttori e sfruttano la capacità dei vari materiali di intercettare diverse lunghezze d’onda della radiazione solare. Rse punta a realizzare i primi prototipi per la fine del 2021.

Applicazione della tecnologia fotovoltaica

Le applicazioni del fotovoltaico sono ormai innumerevoli. Una delle più interessanti, considerate le condizioni spesso proibitive che devono affrontare, sono quelle sulle imbarcazioni a vela.

E proprio su Charal, yacht a vela di 18 metri che partecipa alla Vendée Globe, 24.000 miglia in solitaria attorno al globo, sono stati installati 18 pannelli Fly Solartech.

I moduli, flessibili, calpestabili e rivestiti di un gel coat antiscivolo, sono stati modellati a uno a uno, per adattarsi alle forme dello scafo. Con i loro 1.410 Watt di potenza fanno funzionare le apparecchiature di bordo, tra cui Gps, strumenti meteo, autopilota, telecamere, luci di navigazione, dispositivi anticollisione, anemometro, radar e computer.

La tecnologia impiegata nella gara intorno al mondo sarà poi alla base di una linea di pannelli che verrà messa in commercio a breve.

Decisamente meno estreme sono le condizioni in cui dovrebbero invece operare e-varia ed e-twist, le prime pergole bioclimatiche disponibili sul mercato.

Realizzate da Gibus, azienda specializzata in schermature solari, le due pergole incorporano sul tetto una serie di pannelli fotovoltaici realizzati su misura che si inclinano per massimizzare le rese.

I pannelli fanno funzionare i vari dispositivi per il confort installati nelle strutture: oltre agli schermi per l’ombreggiatura azionabili da remoto, sono dotate anche di un sistema che nebulizza dell’acqua e rinfresca la struttura.

Forte della promessa che basteranno due minuti per installare il fotovoltaico sul tetto di casa, è sbarcata anche in Italia Otovo, una startup norvegese che in un triennio ha conquistato il 60% del mercato del suo paese.

Il sistema proposto è in effetti molto semplice: basta inserire sul sito dell’azienda l’indirizzo della propria casa e alcuni parametri come l’inclinazione del tetto e il tipo di copertura.

Otovo può poi preparare un preventivo personalizzato e, nel caso, si occupa di trovare l’offerta più conveniente e l’impresa che può effettuare la messa in opera.

Inoltre, si può scegliere tra l’acquisto dei moduli o il loro affitto e dall’azienda norvegese è possibile comprare le batterie con cui stoccare l’energia prodotta dai pannelli.

Inoltre, gli installatori possono entrare a far parte del network di Otovo, approfittando così del suo market place, e del suo network di produttori e distributori. E dare così un contributo alle economie dei territori, elementi essenziali per la riuscita di qualsiasi progetto di transizione ecologica.

Condividi: