Fotovoltaico a film sottile

Il fotovoltaico a film sottile: sarà la tecnologia del futuro?

I progressi in questo campo fanno ben sperare

Il pannello fotovoltaico classico è costituito da celle al silicio cristallino (monocristallino o policristallino); quando gli atomi di silicio sono disposti in modo tale da costituire un unico cristallo, una sorta di lingotto, si parla di celle fotovoltaiche a silicio monocristallino, quando gli atomi di silicio sono disposti in modo tale da costituire vari cristalli uniti tra di loro si parla invece di celle fotovoltaiche a silicio policristallino; questo tipo di pannelli rappresentano una quota del 70% circa all’interno del settore mondiale.

Se invece si utilizzano altre tipologie di materiali semiconduttori al posto del classico silicio che vengono posizionati sopra ad una lastra di vetro, plastica oppure di metallo si parla di celle a film sottile (thin film). Il silicio amorfo è uno di questi materiali, una variante più grezza del silicio cristallino, capace comunque di attivare l’effetto fotovoltaico, rivestendo il supporto con un unico film sottile dello spessore di pochi millimetri.

Fotovoltaico a film sottile

Tra le tecnologie alla base del film sottile, che si distinguono per semiconduttore utilizzato, troviamo quella dell’ A-Si  (Silicio amorfo) oltre a quella denominata CIGS o CIS (Seleniuro di rame, indio e gallio la prima, Diseleniuro di rame e indio la seconda) e la GaAs (Arseniuro di gallio). Una quota importante del film sottile ad oggi usa anche moduli in Telluro di Cadmio, CdTe, ma questo materiale contiene grandi quantità di Cadmio e non rappresenta la tecnologia migliore dal punto di vista dell’impatto ambientale.

Le restanti tecnologie citate del film sottile, che sono quindi le scelte più opportune, poiché non contengono questo elemento, hanno caratteristiche e applicabilità diverse; ovvero alcune sono più adatte in piccola scala, altre in larga scala, alcune hanno una maggiore resa, altre maggiore durabilità, per cui la tecnologia da applicarsi va vista in funzione del contesto specifico.

Il fotovoltaico a film sottile rappresenta oggi una nicchia di mercato, appena il 3% di esso ma, mentre lo sviluppo tecnologico del pannello tradizionale sembra avere ben pochi margini, per la tecnologia in thin film invece i progressi sono appena iniziati. Per questo è bene valutare lo stato dell’arte dello sviluppo e i vantaggi che questa tecnologia può offrire.

Partiamo dai costi: ad oggi il film sottile risulta meno costoso rispetto alle celle tradizionali, costa meno produrlo e ha una maggiore versatilità di utilizzo. La materia prima, il silicio amorfo, per esempio, ha avuto un calo del 50%, e i pannelli di questo materiale hanno un costo che si aggira intorno ai 0,50 €/watt; costano meno anche perché hanno bisogno di larghe superfici e pertanto vengono usati su larga scala (in ambito industriale, per scuole o università).

Fotovoltaico a film sottile

I pannelli a film sottile inoltre sono produttivi con poca luminosità o con un’inclinazione non ottimale, e hanno una grande opportunità di crescita anche nel contesto residenziale per la possibilità di applicazioni con un design innovativo; possibilità dovuta anche alla flessibilità e al ridotto spessore. Per esempio dagli Stati Uniti arriva il fotovoltaico a film sottile trasparente e senza cornice “effetto-vetro”.

Il punto di forza principale di questa tecnologia, oltre al costo ovviamente, è che il thin film module può rivestire intere facciate di edifici, può integrarsi in vetrate, tetti a “cupola” e ad altri elementi architettonici irregolari; inoltre, anche grazie al fatto di “lavorare” bene ad alte temperature o con luce diffusa, può essere installato in posizione verticale o orizzontale, o non perfettamente a sud, senza inficiare sensibilmente sul rendimento. In questi casi vi sarà infatti un rendimento comunque superiore rispetto ai pannelli in silicio cristallino installati nella stessa posizione.

L’efficienza del film sottile è stata però finora la differenza principale tra il film sottile e il cristallino, a scapito del primo fino a poco tempo fa. Ad oggi la tendenza è invertita e l’efficienza del film sottile è in grande crescita. E’ bene tuttavia specificare che l’efficienza non è un indicatore di qualità dei pannelli fotovoltaici, ma un semplice rapporto tra produzione e superficie occupata. Un’efficienza minore non significa minore qualità dei pannelli, ma una maggiore superficie necessaria per kWh prodotto.

Il film sottile ha avuto finora efficienze minori: inizialmente gli impianti a film sottile avevano un’efficienza media del 13% rispetto agli impianti cristallini, che presentavano un’efficienza media del 16%; ma questo gap ad oggi si sta sempre più riducendo. Un team di scienziati della Colorado State University sta lavorando per accelerare l’evoluzione tecnologica dei pannelli solari a film sottile al fine di ridurre ulteriormente il costo dell’energia, e ha elaborato una tabella di marcia delle prestazioni che monitora i risultati raggiunti sin dal 2014.

La tendenza mostra che gli ultimi grandi passi avanti raggiunti hanno permesso al thin film di aumentare l’efficienza di conversione sopra al 19%. Oltre ad altri importanti miglioramenti come l’allungamento della vita degli elettroni fotogenerati o la diminuzione della velocità di ricombinazione interfacciale, di difficile comprensione per chi non è del settore, ma che aprono la strada a rese ancora più elevate, fino al 25% raggiungibile addirittura in 3 soli anni.

Fonti:
http://www.green.it/pannelli-solari-film-sottile/
http://www.rinnovabili.it/energia/fotovoltaico/pannelli-solari-a-film-sottile/
https://www.fotovoltaiconorditalia.it/mondo-fotovoltaico/i-prezzi-dei-pannelli-fotovoltaici-a-film-sottile
https://www.tesla.com/it_IT/solarroof

Fonte immagini: Fotovoltaicosulweb

Immagine di copertina: Armando Tondo

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Elisa Poggiali

Elisa Poggiali

Ingegnere ambiente e territorio, membro del database 100 esperte.it nei settori S.T.E.M., si occupa di ambiente, tecnologia, innovazione e networking per la sostenibilità.

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