Scienza e ricerca

Un impianto fotovoltaico in Francia

Scienza e ricerca

Il sole elettrico

3 luglio 2014

Secondo l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (Enea) l’energia prodotta da fotovoltaico nel 2013 è aumentata del 23% rispetto all’anno precedente. E l’International energy agency in un rapporto del 2011 sottolinea come le rinnovabili già nel 2050 costituiranno il 75% dell’energia elettrica globale prodotta, di cui il solare rappresenterà la fetta più consistente per almeno il 25% del totale. Sulla base di queste premesse la Commissione europea promuove programmi di ricerca sul fotovoltaico e le implementazioni, sia nell’ambito dei processi che dei prodotti, non tardano a venire. In Veneto è il polo di ricerca nel settore fotovoltaico dell’università di Padova a condurre le ricerche in questo settore. 

Il fotovoltaico oggi ha ancora dei limiti. I costi, innanzitutto, che è necessario abbattere per rendere competitiva questa fonte di energia. Ma non solo. L’efficienza di una cella al silicio, cioè la percentuale di energia solare che ne investe la superficie trasformata in energia elettrica, è bassa e si colloca intorno al 20-22%; la durata dei pannelli è limitata e va incontro a un decadimento naturale con un rendimento del 90% del valore nominale dopo dieci anni e dell’85% dopo 20. Le energie rinnovabili poi sono intermittenti, basta pensare al sole o al vento, e dunque non sempre disponibili. Questo rende necessaria una rete in grado di immagazzinare e trasferire l’energia prodotta localmente dove ce n’è più bisogno, diversamente da quanto accade nella rete elettrica odierna progettata ancora per distribuire energia e non per riceverne. 

Se questi da un lato sono gli ostacoli da superare, dall’altro l’obiettivo è di rendere pervasivo l’utilizzo del solare. In questo senso il fotovoltaico organico, oggi ancora un settore di nicchia, sembra offrire in futuro possibilità di applicazione interessanti. Si tratta di celle a film sottile costituite da molecole il cui funzionamento si ispira al principio della fotosintesi clorofilliana. Le categorie di celle organiche a film sottile sono principalmente due: la prima è costituita da un network di nanoparticelle di titanio biossido ricoperte da un colorante organico responsabile dell’assorbimento della luce, la seconda è formata da celle a polimero semiconduttore che accoppiato a un’altra molecola, il fullerene, produce fotocorrente. 

Nonostante l’efficienza sia inferiore rispetto alle più tradizionali celle al silicio, il taglio nei costi di produzione grazie a tecnologie di stampaggio accessibili anche alle piccole imprese, e le caratteristiche di leggerezza, trasparenza e flessibilità ne permettono un utilizzo più esteso. E consentono, ad esempio, di integrare le celle fotovoltaiche organiche nelle strutture architettoniche, di impiegarle nei vetri degli edifici o anche nel campo dei tessuti. Si pensi alle vetrate dei grattacieli, ma anche alle tende per esterni, alle tettoie dei passaggi pedonali o dei garage su cui si sta concentrando in modo particolare il progetto di ricerca Fabrigen finanziato dalla commissione europea. A ciò si aggiunga che il fotovoltaico organico a colorante fotosensibilizzatore lavora anche in condizioni di luce diffusa, con le nuvole o se l’angolo di incidenza solare non è così preciso come vogliono invece i sistemi odierni. “L’obiettivo su cui si concentrano i nostri studi – spiega Michele Maggini del dipartimento di scienze chimiche dell’università di Padova – non è tanto quello di superare l’efficacia delle attuali celle al silicio, ma di poter applicare il fotovoltaico in modo esteso e diversificato nella vita di tutti i giorni”.  

Se queste sono le prospettive future, attualmente il 90% del fotovoltaico è basato sul silicio, situazione destinata a rimanere invariata per i prossimi 10-15 anni, e il 95% della produzione dei moduli fotovoltaici avviene nei paesi dell’est asiatico, in Cina in particolare. “Dobbiamo portare la produzione in Europa – sottolinea Fabrizio Dughiero del dipartimento di ingegneria industriale dell’università di Padova – e migliorare le performance di questa tecnologia a costi compatibili e comparabili a quelli delle altre forme di produzione energetica”. In particolare innovando e ottimizzando alcuni dei processi della filiera produttiva che dalla silice porta ai moduli fotovoltaici. Nell’ambito del polo fotovoltaico veneto si battono diverse strade. Innanzitutto nella produzione di lingotti di silicio multi-cristallino si sta lavorando alla realizzazione di un forno basato sul riscaldamento a induzione elettromagnetica anziché sul tradizionale sistema di riscaldamento a resistori, consentendo una maggiore efficienza energetica del sistema che si ripercuote anche sui costi di produzione dei moduli e sulla riduzione dell’impatto ambientale. Si ragiona poi sul riciclo delle perdite da taglio dei lingotti, in considerazione del fatto che l’operazione causa la perdita del 50% del materiale, per ottenere un materiale di riciclo di alta qualità. Si lavora per avere una maggiore efficienza nel processo di conversione dell’energia solare in energia elettrica, con l’idea di passare da una conversione centralizzata, costituita da più moduli e un solo inverter, a una distribuita. Per rendere più efficiente il prodotto ed economico il processo produttivo si punta poi anche sul laser. Si stanno infatti sviluppando e sperimentando nuovi processi laser sia nell’ambito dei processi di generazione dell’energia che nella realizzazione di celle e pannelli fotovoltaici. 

Esiste infine il problema del riciclo dei rifiuti. “Oggi – spiega Dughiero – abbiamo installato quattro milioni di tonnellate di moduli fotovoltaici e si prevede che dal 2030 dovremo smaltirne un milione di tonnellate all’anno”. Oggi si brucia tutto nei forni con le evidente conseguenze ambientali, ma l’obiettivo futuro è di riuscire a riciclare i diversi componenti dei moduli, cioè il vetro, il silicio e la cornice. Nel polo veneto si è riusciti a raggiungere lo scopo con sistemi di riscaldamento ad alta frequenza. In questo modo il silicio, materiale prezioso, può essere recuperato e riutilizzato. 

“Il discorso sulla green economy e la green energy – conclude Luca Illetterati del dipartimento di filosofia, sociologia, pedagogia e psicologia applicata di Padova – si intreccia alla necessità di un nuovo rapporto tra uomo e ambiente che implica un ripensamento del concetto di natura”. E il recupero di una dimensione ambientale e di cura nei confronti della natura, che non è altro da noi ma è parte di noi, passa attraverso la ricerca scientifica e la ricerca tecnologica. Rovesciando in questo modo l’idea, radicata per molto tempo, che la tecnologia sia il nemico da abbattere.

Monica Panetto