Pannelli Fotovoltaici Piani di Nuova Generazione

Le generazioni tecnologiche delle celle per il fotovoltaico piano si sono evolute nel tempo, dando vita a quelle che in gergo vengono denominate “prima generazione”, “seconda generazione” e “terza generazione”. Nella seguente tabella (Fonte Enea, 2010) vengono riassunte le principali tecnologie di pannelli fotovoltaici di ultima generazione:

Pannelli Fotovoltaici Piani di Prima generazione:
Pannelli in Silicio Cristallino

Si può notare che sono chiamate celle di prima generazione le celle monocristalline di Silicio o multi cristalline (Si mono o Si multi). Si evidenzia che l’evoluzione tecnologica è collegata anche alle politiche energetiche comunitarie europee, che hanno stimato che il fotovoltaico rappresenta negli ultimi anni la tecnologia capace di condurre agli obiettivi di lungo termine per la produzione di energia elettrica.

In ambito comunitario europeo, infatti, si ritiene che il fotovoltaico possa contribuire all’approvvigionamento elettrico in una prospettiva di lungo periodo e che il suo contributo non sarà apprezzabile fino al 2030, data in cui si valuta un’incidenza non superiore all’1% della domanda elettrica europea.

La tecnologia del Silicio cristallino che consiste nell’impiego di wafer di Silicio tipicamente destinato all’industria elettronica, detta di prima generazione perché la prima ad essere utilizzata ed applicata industrialmente, è di gran lunga la più consolidata, sia essa monocristallina che policristallina, con copertura del mercato mondiale per quote, almeno negli ultimi anni, comprese tra il 90% e il 95%. La produzione di celle fotovoltaiche di area oramai superiore ai 150 cm2, permette di cablare moduli piani con potenze elevate e record di efficienza prossime al 20%.

Pannelli Fotovoltaici Piani di Seconda generazione:
Pannelli a Film Sottili

La tecnologia dei film sottili è nata invece per contenere il consumo di materiale (i costi produttivi del silicio cristallino sono alti) e ridurre il periodo di recupero energetico (vedi tabella, riga EPBT – Energy PayBack Time), pari al tempo necessario ad una tecnologia per ammortizzare il costo del suo ciclo produttivo (per i dispositivi al Silicio cristallino sono circa 4 o 5 anni). I pannelli fotovoltaici a film sottile hanno un processo produttivo meno costoso perché:

• richiedono spessori di materiale non superiore a qualche micron (millesimo di millimetro)
• hanno bisogno di temperature di lavorazione sensibilmente inferiori
• sono tipicamente realizzati in un unico processo di linea che avviene su larga superficie di lavoro.

I dispositivi con tecnologia del silicio amorfo o degli altri film sottili sono adatti ad applicazioni di integrazione in facciata che richiedono risultati di pregio come semitrasparenza o effetto cromatico, le strutture sono flessibili e si adattano infatti alla realizzazione di moduli di varia forma.

Pannelli Fotovoltaici Piani di Terza Generazione

I pannelli fotovoltaici di terza generazione sono realizzati con materiali diversi dal Silicio.

La tecnologia a film sottili è stata per molto monopolizzata dal silicio amorfo, ma recentemente si è focalizzata sullo sviluppo di celle a base di Telluriuro di Cadmio (CdTe), di Seleniuro di Indio e Rame, in gergo “CIS“, cioè Copper (Rame), Indium (Indio), Selenium (Selenio), di Seleniuro di Indio Rame e Gallio (CIGS) e di altri film sottili policristallini, per i quali acquista spesso importanza lo sviluppo di substrati trasparenti flessibili e di film trasparenti conduttori. La tecnologia CIS è sviluppata da tempo sul mercato tedesco ed americano.

I moduli al CdTe stanno invece dimostrando un’ottima stabilità ai test di invecchiamento accelerato e le innovazioni della ricerca riguardano soprattutto la scalabilità a livello industriale del processo di produzione e la riproducibilità delle prestazioni dei moduli.

L’interesse per questa tecnologia è anche italiano, con un progetto industriale per la produzione di moduli, condotto nei laboratori del Dipartimento di Fisica di Parma, che ha portato alla realizzazione di celle solari a base di CdTe/CdS con un’efficienza di conversione, tra le più alte, di oltre 15% in un processo di produzione semplificato ed innovativo.

Pannelli Fotovoltaici Piani di Ultima Generazione

Al 2011, se si parla di “generazione” delle tecnologie dei moduli fotovoltaici già disponibili in commercio, allora la seconda generazione del film sottile e attualmente la tecnologia CIS (Cupper Indium Selenide) sopra descritta, sono da intendere come “ultima generazione” per il solare piatto.

Se si parla invece di solare termodinamico o a concentrazione CSP (Concentration Solar Power) e di celle DSC o DSSC (Dye-Sensitized Solar Cells), l’ultima generazione è quella dei pannelli di terza generazione indicati nella tabella (vedi sopra).

L’ultima generazione del solare è sempre in fase di studio nei laboratori di tutto il mondo. Si stanno testando le nuovissime tecnologie del CSP e delle celle organiche, ma anche numerosi materiali in alternativa al silicio e alla possibilità che in futuro scarseggino le materie prime utilizzate nelle attuali tecnologie solari.

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Image credits:
** Enea “Confronto tra diverse tecnologie fotovoltaiche” http://old.enea.it/produzione_scientifica/pdf_volumi/V2010_07-FontiRinnovabili.pdf
** http://www.soltecture.com/uploads/media/Data_sheet_framed_module_02.pdf