Le celle fotovoltaiche che appariranno sul mercato nel prossimo futuro saranno caratterizzate da costi di costruzione ridotti fino ad 1/3 rispetto a quelli attuali e da una durata che dovrebbe raggiungere i 30 anni. Molti ritengono che le nuove celle saranno costruite usando la combinazione di 2 materiali: il silicio “tradizionale” e la perovskite (titanato di calcio). Queste nuove celle raggiungono una efficienza di conversione della radiazione solare in energia elettrica superiore al 30% e sono già state ampiamente sperimentate in laboratorio. Tuttavia il passaggio dalla fase prototipale alla produzione su larga scala è ancora irto di ostacoli. Un articolo apparso recentemente su Science fa il punto della situazione e discute le azioni necessarie affinché le celle silicio/perovskite possano avere una ampia diffusione commerciale.
Quando alla fine degli anni ’80 del secolo scorso furono introdotte le prime celle fotovoltaiche circolava la battuta che “le celle fotovoltaiche nel corso della loro esistenza non riescono neppure a produrre l’energia che è stata consumata per costruirle“. La battuta era un po’ feroce, ma non distante dal vero. Infatti le prime celle fotovoltaiche erano caratterizzate da una vita media molto limitata. A questo si aggiungevano i costi di produzione proibitivi che facevano delle celle fotovoltaiche una curiosità con scarso interesse pratico.
Da allora le cose sono cambiate completamente. Come mostrato nella figura seguente, nel corso degli ultimi 50 anni abbiamo assistito ad un calo pressoché esponenziale dei costi di produzione delle celle fotovoltaiche (prezzi normalizzati per W di potenza nominale e al netto dell’inflazione), accompagnato da un consistente aumento della loro vita media. Attualmente un tipico pannello al silicio raggiunge una efficienza di conversione della energia solare in energia elettrica superiore al 20% e può lavorare tranquillamente per 25 anni garantendo – nell’arco della sua esistenza – un livello di efficienza pari ad almeno l’80% del valore nominale.
Entro il 2030 le previsioni indicano che un pannello fotovoltaico da 1kW di potenza nominale dovrebbe avere un costo di produzione dell’ordine di 100 US$ e – una volta installato – dovrebbe garantire un adeguato livello di produzione dell’energia fotovoltaica per almeno 30 anni. Questi numeri ci fanno capire che l’energia fotovoltaica è destinata ad assumere un ruolo chiave nella produzione dell’energia elettrica soprattutto in quei Paesi (come l’Italia) che godono di un buon livello di insolazione.
Le centrali fotovoltaiche sono destinate a surclassare (dal punto di vista economico prima ancora che ambientale e climatico) qualsiasi metodo di produzione dell’energia elettrica basato sull’uso di combustibili fossili.
Se andiamo a vedere come sono state fatte le previsioni da qui fino al 2030 risulta chiaro che gli analisti non si aspettano un particolare miglioramento delle tecnologie basate sull’uso del silicio cristallino che attualmente dominano il mercato. Tutti sono concordi nell’affermare che la perovskite (da sola o in combinazione con il silicio) rappresenti la nuova frontiera delle cellule fotovoltaiche. I costi ridotti di questo materiale e la possibilità di sfruttare al meglio l’energia della luce solare quando la perovskite è usata in combinazione con il silicio hanno attirato l’attenzione di numerosi ricercatori che hanno prodotto studi molto dettagliati ed interessanti.
L’entusiasmo per la perovskite è stato però mitigato dai problemi legati alla stabilità a lungo termine di questo materiale. Dopo molti anni di studio, in ricercatori sono finalmente riusciti a capire i meccanismi chimico-fisici che sono alla base dei processi che provocano – nel corso del tempo – il degrado dei cristalli di perovskite installati nelle celle fotovoltaiche e ad individuare soluzioni tecnologiche idonee per prevenirli.
Molti produttori di celle fotovoltaiche hanno annunciato la loro intenzione di avviare linee di produzione prototipali dedicate alla costruzione di celle “tandem“: tali dispositivi combinano l’uso del silicio e della perovskite per raggiungere una elevata efficienza di conversione dell’energia solare in energia elettrica (superiore al 30%) grazie allo spettro di assorbimento quasi complementare che silicio e perovskite mostrano per la radiazione visibile. Le celle “tandem” saranno probabilmente la soluzione più idonea per raggiungere l’obiettivo di riduzione dei costi di produzione che ho discusso precedentemente.
Un articolo apparso su Science fa una rassegna sullo stato di avanzamento di questa nuova generazione di celle fotovoltaiche ed analizza – in particolare – i problemi ancora irrisolti che ne limitano la commercializzazione su larga scala. L’articolo mette in evidenza – in particolare – la necessità di sviluppare test di durata accelerati che consentano di valutare nel modo più accurato possibile l’effettiva affidabilità nel tempo delle nuove celle di tipo “tandem“.
Va da sé che le aziende produttrici non possono promettere ai loro clienti una garanzia di funzionamento di almeno 30 anni se non dispongono di dati affidabili che sostengano la loro affermazione. Se non si chiarirà questo punto c’è il rischio che le nuove cellule fotovoltaiche stentino ad entrare nel mercato e questo produrrebbe un rallentamento della crescita per tutto il settore fotovoltaico.
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