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In questi tempi di consapevolezza ambientale e di spinta all’indipendenza energetica, il fotovoltaico è diventato una soluzione sempre più popolare.
Ma è davvero la soluzione di cui abbiamo bisogno? Oppure ci stanno vendendo una bugia?
In questo articolo si parla di questo e molto altro, vedendo quali sono alcuni fattori determinanti per evitare che il fotovoltaico diventi un problema.

Passaggio a fonti energetiche rinnovabili

L’aumento dei costi energetici, sta spingendo sempre più persone e imprese a prestare maggiore attenzione ai consumi, ma anche a cercare nelle fonti energetiche rinnovabili un’alternativa più conveniente.
Non a caso, su Google il fotovoltaico è un tema che negli ultimi mesi ha registrato un’impennata delle ricerche pazzesca.

Sfruttare l’energia solare come una fonte di elettricità ha una serie di vantaggi non indifferenti.
Innanzitutto, è una fonte di energia rinnovabile e pulita che può aiutare a ridurre l’inquinamento e contribuire all’indipendenza energetica. Inoltre, offre alle aziende e alle industrie un’alternativa a forme di energia più costose e poco rispettose dell’ambiente.

E poi ci sono anche delle applicazioni più particolari, come questa: Meno siccità e più ecosostenibilità: canali d’acqua e fotovoltaico

La salute al primo posto

La produzione di una quota significativa dell’elettricità è ancora basata sui combustibili fossili, che contribuiscono all’inquinamento atmosferico. Secondo diversi studi, queste emissioni non sono nocive soltanto per l’ambiente, ma anche per l’uomo. Infatti c’è una diretta correlazione tra queste e l’insorgenza di disturbi respiratori, malattie cardiache, cancro e molte altre problematiche.

Se vogliamo decarbonizzare la nostra economia e migliorare la nostra salute, allora dobbiamo abbandonare i combustibili fossili a base di carbonio e passare a fonti rinnovabili, come l’energia solare che oggigiorno è alla portata di tutti.

Fotovoltaico come soluzione?

Per anni, scienziati e ambientalisti hanno sottolineato il potenziale del fotovoltaico per contribuire a risolvere la crisi energetica e l’inquinamento. Ma è davvero così?
Forse si, ma solo alle giuste condizioni.

Uno dei rischi, è che si smetta di trattare questa tecnologia con le attenzioni che merita, mettendo invece gli interessi economici al primo posto. Specialmente in questo caso, quello che conta più di un’idea è il modo in cui questa viene attuata.

Impatto ambientale

I pannelli fotovoltaici hanno un impatto ambientale inferiore rispetto ad altre forme di generazione di energia, ma non sono completamente innocui.

La produzione di pannelli fotovoltaici è inquinante e inefficiente se utilizza materiali e processi di bassa qualità. Per questo motivo, la scelta della tecnologia giusta dovrebbe essere una priorità per ottenere i risultati più efficaci e rispettosi dell’ambiente.
Basti pensare all’energia e le risorse necessarie per costruirli, ma anche alle sostanze chimiche pericolose impiegate nel processo di produzione. Senza un processo produttivo orientato verso l’ecosostenibilità seguito da un corretto recupero e smaltimento dei pannelli dismessi, il contributo dato da questa tecnologia resterebbe marginale.

Fotovoltaico su larga scala. Possibile?

Un recente studio del National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha identificato una serie di questioni critiche che devono essere affrontate per rendere l’energia solare fotovoltaica (PV) su larga scala una realtà.

Lo studio ha rilevato che i sistemi fotovoltaici sono tecnicamente ed economicamente fattibili, ma che è necessario affrontare una serie di sfide. Tra queste la necessità di celle fotovoltaiche più efficienti e a basso costo, l’ottimizzazione della progettazione del sistema, la riduzione dei costi di bilanciamento del sistema e la risoluzione dei problemi di integrazione nella rete.

Quindi ci siamo quasi. Con ulteriori ricerche e la messa a punto di nuove soluzioni, la produzione di energia elettrica fotovoltaica su larga scala diventerà sicuramente una realtà.

Nuove tecnologie più efficienti e connesse

Negli ultimi decenni i progressi scientifici e tecnologici hanno permesso lo sviluppo di prodotti sempre più efficienti anche dal punto di vista energetico.
Questo vale anche nel settore del fotovoltaico, dove “nuovi” materiali e tecniche di lavorazione moderne hanno reso possibile la realizzazione di pannelli fotovoltaici sempre più compatti ed efficienti.

Di vitale importanza è stata anche l’elettronica di potenza moderna, che con convertitori di potenza sempre più piccoli, più efficienti ed intelligenti ha aperto la strada a nuove possibilità di sviluppo.

Purtroppo però in molti casi la tendenza è quella di scegliere delle soluzioni obsolete, meno efficienti e di bassa qualità solo perché sono più economiche senza considerare che il vero conto si pagherà in futuro.

Micro inverter

I micro inverter sono una delle “nuove” tecnologie che può fare la differenza, se non addirittura obbligatorio in certe applicazioni.
In poche parole, i micro inverter sono dei piccoli dispositivi elettronici che ottimizzano la produzione di ogni singolo pannello fotovoltaico di un campo solare.

Il vantaggio principale dei micro inverter è la capacità di ottenere rendimenti energetici più elevati anche nelle giornate nuvolose o in presenza di ombre. Questo li rende una soluzione ideale per gli impianti fotovoltaici su larga scala perché sono in grado di massimizzare i rendimenti di ogni pannello dell’impianto, indipendentemente da come cambia la posizione del sole durante il giorno

Valutare anche le altre opzioni

Prima di prendere una decisione è importante valutare tutte le opzioni disponibili.
Per le aziende e le industrie, vale la pena prendere in considerazione anche altre fonti di energia rinnovabile come le turbine eoliche o le centrali idroelettriche, che possono offrire un’efficienza maggiore rispetto al fotovoltaico.

Però in molti processi produttivi, sfruttare le opzioni elettriche “fredde” è ancora troppo costoso e poco efficiente, quindi in questi casi sarebbe preferibile optare per una fonte di calore diretto.

Due esempi di green energy a calore diretto sono l’energia solare concentrata e l’energia nucleare, che nonostante l’alto grado di versatilità, sono poco utilizzate e vengono spesso demonizzate.

Nei giusti campi di applicazione, il fotovoltaico resta comunque un’ottima opzione.

Come ottenere il giusto rapporto costo-beneficio?

Per rendere il fotovoltaico una soluzione efficace e non uno spreco di denaro, scegliere le giuste soluzioni è di vitale importanza.

Ogni progetto necessita di un’accurato studio preliminare, dalla determinazione del tipo di celle fotovoltaiche da utilizzare, all’ottimizzazione del design del sistema e alla considerazione delle stagioni, dei cambiamenti climatici e di altri fattori rilevanti. Questo aiuta a garantire che il rapporto costi-benefici sia favorevole nel lungo periodo.

Con un’attenta pianificazione, il fotovoltaico può diventare un valido alleato per ridurre l’inquinamento e puntare all’indipendenza energetica.

Va notato che i costi associati agli impianti fotovoltaici variano in modo significativo a seconda del paese o della regione. È buona norma tenere conto degli incentivi esistenti quando si considerano i costi per cercare di ottenere un migliore ritorno sull’investimento.

Scelta dei pannelli fotovoltaici

Ci sono molti aspetti da tenere in considerazione prima dell’acquisto dei pannelli solari. Infatti ad un primo sguardo alcuni pannelli potrebbero sembrare migliori rispetto ad altri, ma non è sempre così.

Nella scelta del pannello giusto entrano in gioco diversi fattori, tra cui l’efficienza, il costo e la durata. Imparare a riconoscere quali sono le caratteristiche intrinseche di un certo prodotto, aiuta a fare delle scelte più consapevoli e di successo.

Tenendo presente questo, diamo un’occhiata generale ad alcuni dei diversi tipi di pannelli disponibili oggi sul mercato.

Celle fotovoltaiche in silicio monocristallino

Una delle scelte più popolari per i pannelli solari è il silicio monocristallino, anche chiamato silicio cristallino singolo (sc-Si). Queste vengono prodotte partendo da lingotti in cui il reticolo cristallino è continuo, dal quale vengono ottenuti dei wafer di silicio.

I pannelli che montano questa tipologia di celle sono estremamente efficienti, ma anche di lunga durata e resistenti alla degradazione causata dalla luce solare e dal calore.

Lo svantaggio non risiede tanto nel costo relativamente alto, ma nei limiti di utilizzo che possono variare in base all’area geografica. Infatti durante la stagione fredda hanno un’ottima efficienza, mentre il tasso di conversione diminuisce all’aumentare delle temperature di funzionamento.

Se non si prevede l’utilizzo di un micro-inverter, se uno o più pannelli vengono coperti da ombra, sporco o neve, si “rompe” l’intero circuito dell’intera fila e si otterrà un tasso di conversione complessivo inferiore rispetto a condizioni ottimali.

Celle fotovoltaiche in silicio policristallino

Un’altra scelta popolare è il silicio policristallino, anche detto polisilicio (p-Si) e multi-cristallino (mc-Si).

In termini di efficienza, i pannelli monocristallini sono i vincitori assoluti. Ma se il costo è un fattore importante, i pannelli policristallini potrebbero essere una scelta migliore. D’altro canto il coefficiente termico delle cellule policristalline è minore, rendendo meglio dei pannelli monocristallini ad alte temperature.
Poi se è vero che anche l’occhio vuole la sua parte, allora il colore chiaro delle celle fotovoltaiche policristalline farà la sua figura.

Il silicio policristallino non è realizzato con il processo Czochralski, ma la fase di produzione prevede che il silicio grezzo venga fuso e versato in uno stampo quadrato. Una volta raffreddatosi viene tagliato in wafer perfettamente quadrati.

Il processo produttivo è più semplice, meno costoso e spreca meno materiale rispetto alla lavorazione del monocristallino.

Celle solari String Ribbon

Una delle ultime novità nel settore fotovoltaico è la cella fotovoltaica String Ribbon (SR), anche conosciuta come C-Si.

Queste celle fotovoltaiche consistono in un’unica striscia di silicio che viene estratta da un blocco di silicio fuso, mentre i pannelli fotovoltaici convenzionali sono composti da singole celle.
L’efficienza energetica di questa tipologia di celle è molto simile a quelle policristalline, ma a differenza di queste sono più sottili, con un risparmio di circa la metà di silicio in fase di produzione.

Dato che queste celle sono realizzate in una striscia continua, è possibile collegare elettricamente in serie più strisce parallele con un numero di connessioni inferiore a quello necessario per le celle fotovoltaiche convenzionali.
Nonostante ci sia un risparmio sulla quantità di silicio, lo stesso non vale per la quantità energia necessaria per la loro produzione.

Celle solari a film sottile (TFSC)

Si tratta di celle fotovoltaiche composte da diversi strati di materiali semiconduttori che assorbono la luce e convertono fotoni in elettroni.

Le migliori prestazioni si ottengono con i film di arseniuro di gallio (GaAs) che, grazie all’alta densità di energia, riescono a produrre una maggiore quantità di elettricità rispetto alle altre celle fotovoltaiche.

Il Tellururo di Cadmio (CT) è un tipo di cella a film sottile che fa proprio questo; attualmente presenta tassi di conversione energetica più elevati di qualsiasi altra forma disponibile oggi sul mercato, ad eccezione dei sistemi su larga scala che richiedono installazioni di oltre 100 kilowatt, dove il CT ha già dimostrato di essere in grado di superare le aspettative.

Le celle solari a film sottile hanno il potenziale per essere più economiche e più efficienti delle loro controparti in silicio cristallino, ma solo se riusciranno a eguagliare o superare entrambe le caratteristiche in termini di economicità ed efficienza.
Il problema principale è il costo di produzione elevato.

Conclusione

Sebbene le soluzioni fotovoltaiche offrano numerosi vantaggi, tra i quali la riduzione dell’inquinamento e l’indipendenza energetica, se non vengono scelte con cura, alcune tecnologie potrebbero rendere il fotovoltaico un problema piuttosto che una soluzione.

L’inquinamento nella produzione dei pannelli fotovoltaici, la bassa efficienza e gli alti costi di produzione sono dei fattori che potrebbero rendere il fotovoltaico parte di un problema più grande.

Esistono diversi tipi di celle fotovoltaiche con i loro vantaggi e svantaggi, ma anche delle soluzioni moderne che ne ottimizzano il funzionamento.

Ivan Scordato