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  • Pannelli Fotovoltaici migliori tra silicio monocristallino, policristallino e film sottile

    Pannelli Fotovoltaici di diverso prezzo, tecnologia e rendimento si sono ormai finalmente diffusi in tutto il mondo.

    La tecnologia fotovoltaica, spesso indicato semplicemente con la sigla FV in testi scritti in lingua italiana e con PV in testi in lingua inglese, si basa sulla precisa caratteristica dei materiali semi-conduttori di permettere la generazione di una corrente elettrica – se opportunamente trattati e disposti – quando sono colpiti da un fascio luminoso di intensità sufficiente.

    Padri nobili gli scienziati Becquerel, Plank e Einstein

    Lo sviluppo della tecnologia fotovoltaica si basa sulle scoperte di grandissimi scienziati come Edmond Becquerel (che nel 1839 ha osservato per primo l’effetto fotovoltaico), Max Plank (padre della teoria dei quanti), Albert Einstein (che ha avuto il Premio Nobel proprio per aver spiegato l’effetto fotoelettrico, di fatto confermando anche sperimentalmente la teoria di Plank e aprendo la strada alla fisica moderna).

    Albert Einstein davanti alla lavagna

    Il materiale semi-conduttore grazie al quale hanno visto la luce nel 1954, nei laboratori americani della Bell, le prime celle fotovoltaiche commerciali è il silicio.

    Il silicio monocristallino, policristallino e amorfo è tutt’oggi il materiale di gran lunga maggiormente utilizzato per i pannelli fotovoltaici in tutto il mondo e – secondo tutte le principali fonti – è il materiale grazie al quale è fabbricato oltre il 90% dei pannelli fotovoltaici nel mondo.

    Pannelli fotovoltaici in silicio monocristallino

    I pannelli fotovoltaici costituiti da celle in silicio monocristallino (mc-Si), sono caratterizzati esteticamente da una tipica colorazione nera uniforme.

    Pannelli fotovoltaici silicio monocristallino sfondo cielo azzurro

    Le celle fotovoltaiche in silicio monocristallino sono perfettamente quadrate e tra le celle c’è il caratteristico distanziamento chiamato dagli americani “a diamante”.

    Le celle monocristalline sono quadrate perchè sono ottenute partendo da un wafer di silicio di forma cilindrica che viene letteralmente affettato in sottili strati, dai quali vengono eliminate le parti tondeggianti periferiche sui quattro lati.

    Wafer silicio per celle fotovoltaiche

    Punti a favore

    I pannelli fotovoltaici al silicio monocristallino hanno un rendimento che arriva oltre il 20% ed è più alto del mercato, anche se ovviamente varia per i diversi produttori.

    Sono caratterizzati anche dalla più alta densità di potenza ottenibile dall’impianto in termini di potenza ricavabile da una determinata estensione della superficie a disposizione (Wp/m2 – Watt di picco per ogni metro quadrato).

    Mantengono elevate prestazioni in termini di rendimento ed energia prodotta in condizioni di bassa intensità della radiazione solare (mattina, sera, mesi autunnali e invernali, cielo nuvoloso).

    La durata e la caduta di rendimento nel tempo sono decisamente buone e garantiscono prestazioni elevate anche oltre i 25 anni di vita dell’impianto, tempo per il quale i pannelli in silicio monocristallino di migliore qualità sono normalmente garantiti.

    Pannelli silicio monocristallino

    Punti a sfavore

    I pannelli solari realizzati con silicio monocristallino costano di più di quelli che utilizzano silicio policristallino.

    Il rendimento molto alto scende però anche in modo sensibile se la temperatura del pannello si innalza. Il maggior rendimento garantito nelle stagioni più fresche, quindi, viene in parte vanificato nel bilancio annuale dall’abbassamento di rendimento in estate.

    L’ombreggiamento parziale, come anche la copertura di parte del pannello a causa di polvere o neve, può causare l’interruzione del flusso elettrico prodotto dall’intero pannello.

    L’impianto richiede infatti un’attenzione maggiore e l’inserimento di inverter che impediscano – in caso di irregolare funzionamento di un pannello – il malfunzionamento addirittura di un’intera stringa, cioè di tutta la fila di pannelli.

    Silicio monocristallino vs policristallino

    Il silicio monocristallino per le celle fotovoltaiche è ottenuto da fette di lingotti cilindrici perchè questi sono il risultato del processo produttivo con il processo Czochralski.

    Basato sulle scoperte del chimico polacco Jan Czochralski dell’inizio del secolo scorso (la pubblicazione dei risultati è del 1916) ed applicato industrialmente fin dalla fine degli anni Quaranta, il processo Czochralski permette di realizzare la crescita di cristalli di estrema purezza.

    Pannelli silicio monocristallino e policristallino

    Il processo Czochralski consiste nello spostamento verticale e contemporaneamente in una rotazione dell’ordine dei millimetri al minuto, di un seme monocristallino di silicio introdotto nel silicio fuso. Il risultato è una struttura monocristallina purissima di forma cilindrica.

    Il silicio policristallino, invece, viene prodotto grazie alla fusione del materiale e al suo inserimento in stampi quadrati.

    Il processo di produzione è decisamente più semplice e meno costoso rispetto al processo Czochralski e questo si riflette in un minore costo di produzione.

    Pannelli fotovoltaici in silicio policristallino

    I pannelli fotovoltaici costituiti da celle in silicio policristallino (pc-Si), sono caratterizzati esteticamente da tipica una colorazione bluastra non uniforme.

    Il silicio policristallino è sul mercato dall’inizio degli anni Ottanta. Le informazioni rese disponibili dai diversi osservatori del settore dell’energia solare concordano nello stimare che circa la metà dei pannelli solari installati sia di questo tipo.

    Pannelli fotovoltaici silicio policristallino

    Punti a favore

    I pannelli fotovoltaici in silicio policristallino hanno un costo più contenuto rispetto ai pannelli in silicio monocristallino.

    La durata con livelli di produttività dell’impianto molto soddisfacenti supera i venticinque anni, tempo per il quale i migliori produttori garantiscono le prestazioni.

    Il rendimento del pannello può essere pari o superare quello dei pannelli in monocristallino in condizioni di elevata temperatura, perchè questa tecnologia dimostra di tollerare meglio il calore.

    Punti a sfavore

    Il rendimento inferiore dei pannelli in silicio policristallino rende necessario disporre di una superficie più ampia per ottenere la produzione energetica desiderata.

    Anche la densità di potenza è inferiore, ulteriore motivo per dover occupare una maggiore superficie per ottenere la produzione desiderata in termini di potenza.

    L’effetto estetico, se posti su superfici visibili – come ad esempio falde di tetto architettonicamente importanti per l’equilibrio di design di un edificio – è più impattante rispetto ai pannelli di colore nero compatto della tecnologia con silicio monocristallino.

    La minore tolleranza di condizioni di scarso irraggiamento e di irraggiamento non perpendicolare abbassa ulteriormente la produttività in aree o in condizioni di installazione che non possano garantire un largo accesso all’elevato irraggiamento e alla migliore perpendicolarità.

    Pannelli fotovoltaici a film sottile

    La tecnologia del film sottile è individuata dalla maggioranza degli esperti come protagonista del mercato del prossimo futuro.

    Pannelli fotovoltaici film sottile silicio amorfo

    I pannelli fotovoltaici a film sottile non hanno le caratteristiche celle squadrate a disegnarne la superficie ma si presentano esteticamente di un colore scuro uniforme.

    I pannelli fotovoltaici con celle a film sottile attualmente sul mercato sono realizzati con silicio amorfo (a-Si) e tellururo di cadmio (CdTe) – quest’ultimo però, contenendo cadmio, è particolarmente delicato da gerstire nel ciclo di vita per evitare impatti indesiderati.

    La caratteristica peculiare, che le rende così interessanti – rispetto alle più tradizionali tecnologie che utilizzano silicio monocristallino e policristallino – è nella grande versatilità.

    In questo caso le celle non sono costituite da una fetta di materiale attivo ma dalla sua deposizione su uno strato sottostante che può essere anche curvo, oppure flessibile.

    Pannello fotovoltaico film sottile OPV flessibile

    La ricerca è molto attiva su diverse soluzioni alternative al silicio amorfo, tra le quali alcune sono molto promettenti.

    Le celle fotovoltaiche in CIGS stanno mostrando rendimenti in laboratorio del 25%, superiori quindi anche al livello delle migliori celle in silicio monocristallino sul mercato.

    La sigla CIGS indica (anche commercialmente) un semiconduttore composto di rame, indio, gallio e selenio.

    Completano il quadro delle celle a film sottile quelle realizzate con materiale organico.

    Pannelli fotovoltaici film sottile impianto a terra

    Le celle fotovoltaiche organiche rappresentano una famiglia che oggi comprende sia tecnologie sperimentali completamente organiche-biologiche, sia organiche-inorganiche, sia inorganiche ma con caratteristiche di realizzazione e funzionamento analoghe a quelle delle celle completamente biologiche.

    Le celle sono composte di un sequenza di strati comprendente due elettrodi che racchiudono il materiale organico/inorganico/polimerico attivo. Le applicazioni più promettenti utilizzano una miscela di polimeri donatori e ricevitori di cariche elettriche. Questi strati vengono disposti, anche attraverso tecniche di stampa, su una pellicola plastica.

    Un altro vantaggio dei pannelli fotovoltaici organici è la capacità di mantenere una buona efficienza in condizioni di luce diffusa, questo apre uno spazio di utilizzazione in coesistenza con il fotovoltaico cristallino in impianti ibridi.

    Quali sono i pannelli fotovoltaici migliori

    La scelta del migliore pannello fotovoltaico tra silicio monocristallino, silicio policristallino e film sottile, che oggi sul mercato è principalmente realizzato con silicio amorfo, dipende da:

    • prestazioni energetiche che si vogliono ottenere;
    • ampiezza della superficie a disposizione;
    • investimento economico che si intende sostenere;
    • caratteristiche meteo del sito di installazione;
    • propensione all’innovazione dell’investitore.
    Tipi di pannello solare

    Personalmente ritengo che, anche se si ha a superficie una superficie abbondante, la produzione in termini di potenza ed energia vada sempre massimizzata.

    La mia classifica

    I posizione

    Al primo posto, per me, ci sono i pannelli fotovoltaici monocristallini. Il loro regular black look è sul gradino più alto del podio.

    Per avere il massimo di potenza ed energia da un sito o da una collocazione – tipo tetto solare – la scelta migliore è quella dei pannelli fotovoltaici monocristallini.

    II posizione

    A sorpresa – rispetto a quanto indicato da molti operatori presenti sul polverizzato mercato della vendita e dell’installazione – i miei preferiti dopo i pannelli al silicio monocristallino sono i pannelli a film sottile.

    Pannelli fotovoltaici silicio monocristallino policristallino film sottile

    Anche in questo caso, nonostante le apparenze che fanno apparire il film sottile come meno efficiente rispetto al silicio policristallino, il mio criterio rimane lo stesso ed è quello della massima potenza e massima energia ottenibile.

    I pannelli a film sottile possono infatti essere installati dove quelli cristallini non potrebbero essere messi (per ragioni di forma), oppure non avrebbero un rendimento così elevato (per ragioni di irraggiamento).

    III posizione

    Sul credito più basso del podio (ma comunque sul podio…) metto i pannelli fotovoltaici policristallini.

    Sono i più venduti e installati, perchè a livello di qualità-prezzo con un serio piano energetico-economico ci si accorge che permettono di comunque arrivare all’obiettivo senza investimenti esagerati.

    La differenza, in questo caso, la fa la propensione all’innovazione di chi decide e il suo accesso al credito per finanziare l’operazione, piccola o grande che sia.

  • #2 BALLA SPAZIALE – NON C’E’ ABBASTANZA ENERGIA PER UN SISTEMA 100% RINNOVABILI

    IL MITO PIU’ DIFFUSO E’ ADDIRITTURA DEFINITIVO. “NON E’ POSSIBILE” UN MONDO CHE FUNZIONI SOLTANTO CON ENERGIE RINNOVABILI.

    Niente di più falso. C’è abbastanza energia donata ogni giorno al nostro pianeta dal Sole (irraggiamento, venti, ciclo dell’acqua e delle biomasse), da caratteristiche terrestri (geotermia), resa disponibile da fenomeni attrattivi Terra-Luna-Sole (maree) per coprire consumi decine di volte superiori a quelli attuali.

    Ma non basta. L’energia da fonti rinnovabili sarebbe largamente sufficiente utilizzando tecnologie già commercialmente disponibili.

    Ovviamente, con lo sviluppo di nuove tecnologie oggi allo stato sperimentale, oppure non ancora ideate, la situazione è destinata a migliorare ulteriormente. Se spostano la loro attenzione sulle energie rinnovabili, il mondo moderno e quello futuro non corrono nessun rischio di black-out. Almeno finché brillerà il Sole in cielo.

    Il rischio black-out esiste invece con le fonti fossili, che devono essere importate da aree del mondo diverse rispetto a quelle di utilizzo finale e sono perciò soggette a possibili cambi di scenario.

  • Hyundai punta dritto al sole

    Il sogno di catturare i raggi del sole per tramutare l’automobile da consumatore in produttore d’energia diminuendo così le emissioni e accelerando la transizione verso lo zero.

    Il Gruppo Hyundai dal 2019 comincerà ad equipaggiare le proprie vetture di pannelli solari in modo da ridurre il ricorso a fonti di energia esterna o “sporche” rendendole così più indipendenti da reti, carburanti e vettori di qualsiasi tipo.

    L’energia solare infatti è davvero a “chilometro zero”, soprattutto se viene catturata direttamente dalla vettura senza neppure passare dai pannelli domestici, dalle reti o dalla produzione di idrogeno attraverso l’elettrolisi praticata catturando i fotoni prodotti dalla nostra stella.

    Il sogno non è nuovo: ci aveva pensato alla fine degli anni ’90 l’Audi, installando sulla A8 un tetto apribile provvisto di celle, in grado di alimentare l’impianto di ventilazione e dunque rinfrescare la vettura lasciata sotto il sole. Più recentemente, la Toyota Prius di precedente generazione aveva adottato il tetto completamente coperto di celle solari.

    La Toyota Prius PHEV plug-in hybrid ha un pannello fotovoltaico in grado di catturare in un anno l’energia necessaria per percorrere 1.000 km ad emissioni zero.

    Gratis! La strategia di Hyundai è invece molto più articolata e si appoggia ad una spalla non solo amica, ma parente: la Hyundai Solar. Sono previste 3 generazioni di pannelli per 3 rispettivi tipi di veicolo.

    Il primo è dedicato agli ibridi: ha una struttura in silicio applicata su tutto il tetto della vettura e sarà in grado di catturare dal 30 al 60% dell’energia quotidiana necessaria alla ricarica della batteria.

    Il secondo invece è dedicato alle vetture dotate di motore a combustione interna ed è un tetto panoramico semitrasparente in grado, allo stesso tempo, di far penetrare la luce all’interno dell’abitacolo e di assorbire i raggi del sole per ricarica la batteria. In questo modo il motore deve provvedere solo a spingere il mezzo e non ad alimentare tutti i dispositivi e i servizi di bordo consumando ed emettendo di meno.

    Il terzo tipo sarà invece dedicato ai veicoli elettrici ed è ancora allo studio, ma risponderà allo stesso principio: ridurre quei passaggi necessari per produrre e veicolare l’energia e che provocano inevitabilmente costi e perdite.

    L’auto solare apre uno squarcio nuovo nel processo verso le emissioni zero, che va oltre l’aspetto ludico-scientifico delle varie competizioni tra auto solari, e rovescia il paradigma dell’auto quale consumatrice di energia.

    Con il V2G e l’evoluzione dei pannelli, l’auto potrebbe addirittura diventare parte attiva nel processo di produzione pulita dell’energia trasferendola alla rete quando è ferma.