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L'evoluzione tecnologica nel fotovoltaico
Massimo Gozzi - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Milano
I tetti degli stabilimenti industriali e delle abitazioni sono sempre più spesso coperti da pannelli solari fotovoltaici. Ciò è parte della grande crescita del numero di installazioni, che a livello globale ha generato un mercato tale da giustificare la necessità di spingerne sempre più lo sviluppo tecnologico.
Rispetto alla prima fase di sviluppo occorso nello scorso decennio, sono attese (ed in parte sono già presenti) soluzioni tecnologiche avanzate, pronte per la loro adozione su larga scala.
Per l'immediato futuro, sono diverse le soluzioni tecnologiche che si stanno preparando a supportare una nuova fase di installazioni.
Tra queste, in particolare - e fra le più prossime- si possono citare le celle TOPCon (Tunnelling Oxide Passivated Contact) e le tecnologie PV multigiunzione.
Con orizzonte un poco più lungo, ma ormai ben instradate, si trovano poi ulteriori soluzioni, quali ad esempio le celle fotovoltaiche organiche (i cui materiali sono basati su componenti organici del carbonio) e le celle tandem silicio-perovskite, dalle quali ci si aspettano un miglioramento delle prestazioni e costi interessanti.
IL COSTO PER UNITÀ DI ENERGIA PRODOTTA
La diminuzione del costo degli impianti fotovoltaici e conseguentemente, dell'ENERGIA da essi prodotta, sta quindi proseguendo, anche se con ritmi più contenuti rispetto all'inizio del decennio scorso, avendo raggiunto già da alcuni anni valori di costo competitivi con le fonti fossili, costi espressi con l'acronimo LCOE (Levelized Cost of Energy, ossia il costo al kWh prodotto) (Figura 1 nel PDF).
Il costo dell'energia prodotta dagli impianti fotovoltaici è, infatti, principalmente condizionato dal costo della tecnologia (a differenza di ciò che accade per le fonti fossili, fortemente influenzate dal costo del combustibile), e ciò valorizza particolarmente, nella economia generale di queste applicazioni, la ricerca dell'abbattimento dei costi di investimento.
In particolare parliamo del costo dei moduli fotovoltaici e dei materiali che li compongono.
Portando al costante sviluppo dei materiali, dei processi e delle strutture che compongono i moduli fotovoltaici, si ottiene una sempre maggiore efficienza ad un più basso costo.
MONOCRISTALLINI E MULTICRISTALLINI
Le principali novità tecnologiche degli ultimi anni possono essere suddivise per fase di progetto del pannello fotovoltaico (nell'ordine: wafer, celle, moduli) ma anche dell'impianto nel suo insieme, evidenziando in tal modo le alternative attualmente presenti sul mercato e le implicazioni, in termini di costo e prestazioni, delle diverse scelte progettuali.
Cominciamo dal "wafer" di silicio, che viene ottenuto attraverso processi meccanici da un lingotto di silicio policristallino. A seconda dei processi di produzione applicati, il lingotto può essere di tipo multicristallino (solidificazione direzionale) o monocristallino (noto come processo Czochralski).
In questo secondo caso il prodotto risulta avere un reticolo cristallino più ordinato, perciò si registrano minori perdite nel trasporto degli elettroni, con conseguente maggior efficienza fotovoltaica.
Queste due tecnologie hanno condiviso il mercato per molti anni, essendo caratterizzate rispettivamente da minori costi ed efficienze le prime a fronte di migliori prestazioni, ma costi più elevati, le seconde.
Oggi è però parere diffuso che la tecnologia con silicio monocristallino si avvii ad occupare una sempre maggiore porzione di mercato, a discapito dei wafer di silicio multicristallino, in quanto i maggiori valori di efficienza raggiunti dai wafer a silicio monocristallino hanno portato ad una riduzione dei costi complessivi correlati con questa tecnologia.
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Tra queste, in particolare - e fra le più prossime- si possono citare le celle TOPCon (Tunnelling Oxide Passivated Contact) e le tecnologie PV multigiunzione.
Con orizzonte un poco più lungo, ma ormai ben instradate, si trovano poi ulteriori soluzioni, quali ad esempio le celle fotovoltaiche organiche (i cui materiali sono basati su componenti organici del carbonio) e le celle tandem silicio-perovskite, dalle quali ci si aspettano un miglioramento delle prestazioni e costi interessanti.
IL COSTO PER UNITÀ DI ENERGIA PRODOTTA
La diminuzione del costo degli impianti fotovoltaici e conseguentemente, dell'ENERGIA da essi prodotta, sta quindi proseguendo, anche se con ritmi più contenuti rispetto all'inizio del decennio scorso, avendo raggiunto già da alcuni anni valori di costo competitivi con le fonti fossili, costi espressi con l'acronimo LCOE (Levelized Cost of Energy, ossia il costo al kWh prodotto) (Figura 1 nel PDF).
Il costo dell'energia prodotta dagli impianti fotovoltaici è, infatti, principalmente condizionato dal costo della tecnologia (a differenza di ciò che accade per le fonti fossili, fortemente influenzate dal costo del combustibile), e ciò valorizza particolarmente, nella economia generale di queste applicazioni, la ricerca dell'abbattimento dei costi di investimento.
In particolare parliamo del costo dei moduli fotovoltaici e dei materiali che li compongono.
Portando al costante sviluppo dei materiali, dei processi e delle strutture che compongono i moduli fotovoltaici, si ottiene una sempre maggiore efficienza ad un più basso costo.
MONOCRISTALLINI E MULTICRISTALLINI
Le principali novità tecnologiche degli ultimi anni possono essere suddivise per fase di progetto del pannello fotovoltaico (nell'ordine: wafer, celle, moduli) ma anche dell'impianto nel suo insieme, evidenziando in tal modo le alternative attualmente presenti sul mercato e le implicazioni, in termini di costo e prestazioni, delle diverse scelte progettuali.
Cominciamo dal "wafer" di silicio, che viene ottenuto attraverso processi meccanici da un lingotto di silicio policristallino. A seconda dei processi di produzione applicati, il lingotto può essere di tipo multicristallino (solidificazione direzionale) o monocristallino (noto come processo Czochralski).
In questo secondo caso il prodotto risulta avere un reticolo cristallino più ordinato, perciò si registrano minori perdite nel trasporto degli elettroni, con conseguente maggior efficienza fotovoltaica.
Queste due tecnologie hanno condiviso il mercato per molti anni, essendo caratterizzate rispettivamente da minori costi ed efficienze le prime a fronte di migliori prestazioni, ma costi più elevati, le seconde.
Oggi è però parere diffuso che la tecnologia con silicio monocristallino si avvii ad occupare una sempre maggiore porzione di mercato, a discapito dei wafer di silicio multicristallino, in quanto i maggiori valori di efficienza raggiunti dai wafer a silicio monocristallino hanno portato ad una riduzione dei costi complessivi correlati con questa tecnologia.
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Fonte: La Termotecnica Marzo 2024
Parole chiave: Fotovoltaico, Solare
