RSE è al lavoro su tecnologie innovative per abbassare i costi e raggiungere efficienze del 40%.
NEL FUTURO MAGGIORI EFFICIENZE E UN RIDOTTO IMPATTO AMBIENTALE
Il fotovoltaico a concentrazione è una tecnologia che promette di aumentare radicalmente l’efficienza della generazione da fotovoltaico e contemporaneamente di abbassarne l’impatto ambientale. Tuttavia, finora non ha spiccato il volo a causa di una serie di ostacoli tecnici che hanno impedito una produzione standardizzata di moduli. RSE è al lavoro su tecnologie innovative con le quali abbassare i costi e raggiungere efficienze del 40%. Ne abbiamo parlato con Gianluca Timò, responsabile dell’attività di ricerca sul fotovoltaico a concentrazione.
Le potenzialità di questa tecnologia sono notevoli: “La potenza che potremmo produrre coprendo un intero campo da calcio con celle al silicio che hanno un’efficienza del 20% – dice Timò – equivale a quella che potremmo produrre su di una superficie di 6 cm per 9 cm con delle celle a concentrazione di efficienza del 40% che operano con un fattore di concentrazione di mille soli”. Più energia pulita, dunque, e un minore utilizzo di risorse e materiali semiconduttori. “Le previsioni sono di abbassare la CO2 equivalente emessa per ogni Kw/ora fino a 15 grammi” aggiunge.
LA SPERIMENTAZIONE SULLE CELLE A MULTI-GIUNZIONE
Per arrivare a efficienze così elevate, la strada da battere è quella delle celle a multi-giunzione. Celle costituite da leghe di materiali semiconduttori, in grado quindi di sfruttare le capacità complementari di materiali diversi. “Le celle a multi-giunzione superano il limite fondamentale delle celle a singola giunzione – spiega – Quest’ultime, infatti, non permettono di massimizzazione indipendentemente tensione e corrente. Con una cella con elevata tensione avremo una bassa corrente, e viceversa. Questo limite è superato dalle celle a multi-giunzione. Utilizzando materiali diversi, infatti, aumentiamo la capacità di intercettare lo spettro della luce e quindi la corrente. Allo stesso tempo, impilando le giunzioni una sull’altra riusciamo ad aumentare anche la tensione”.
La sfida tecnico-ingegneristica sta nello scegliere e testare i materiali, adattarli tra loro e contenere i costi. “RSE ha perseguito una strategia originale usando i materiali dei gruppi III-V della tavola periodica degli elementi (arseniuro di gallio, indio-gallio-fosforo) combinandoli con quelli del gruppo IV (germanio, silicio-germanio, silicio-germanio-stagno). La tecnologia che stiamo sperimentando, oltre ad aumentare il valore di efficienza, abbassa i costi, perché cerchiamo di stratificare i diversi materiali con un approccio monolitico, ovvero depositandoli uno in sequenza all’altro, all’interno della stessa camera di deposizione. Per ottenere questo risultato RSE ha superato con successo le sfide che fino ad oggi avevano ostacolato questa soluzione tecnologica, in particolare la difficoltà di controllare la conducibilità di questi materiali quando sono combinati nello stesso ambiente di deposizione. L’obiettivo è realizzare un dispositivo a 4 giunzioni con efficienze superiori al 40%. “Alla fine del 2021 pensiamo di realizzare il primo prototipo, anche utilizzando materiali che riducono le perdite per riflessione (coating nano-strutturati)”.
LA RICERCA SUI MODULI IBRIDI, CPV/PV
RSE porta avanti anche una sperimentazione innovativa sui moduli fotovoltaici cosiddetti ibridi, CPV/PV, che combinano la tecnologia del fotovoltaico a concentrazione con quella delle celle al silicio. “I moduli ibridi permettono di superare uno dei limiti della tecnologia a concentrazione, ovvero la possibilità di produrre energia soltanto grazie alla luce diretta. Contornando le celle a concentrazione con celle al silicio è possibile raccogliere anche la luce diffusa. Quindi possiamo installare questi moduli anche in regioni non ad alta insolazione ma dove c’è luce diffusa”. Anche in questo caso, le prospettive sono estremamente interessanti. Le prime simulazioni registrano un aumento del 55% in più di energia generata per unità di superficie rispetto ai tradizionali moduli piani. “Possiamo portare a matrimonio e non più in competizione gli sviluppi condotti finora sulle celle al silicio e sulle celle a concentrazione, aggregando le diverse eccellenze presenti nel nostro Paese”.
INSEGUITORI SOLARI BASATI SU MATERIALI A MEMORIA DI FORMA
C’è poi lo studio sul cosiddetto sistema di inseguimento solare, altro ostacolo che di fatto costituisce sia una barriera di costo che una limitazione alle applicazioni possibili. Il modulo fotovoltaico a concentrazione, per poter essere sempre colpito dalla luce diretta, deve continuare ad inclinarsi in funzione della posizione del sole. Oggi questa operazione viene effettuata installando i moduli a concentrazione su inseguitori solari che adottano motori di precisione dai costi elevati. Il sistema che sta realizzando RSE si basa su nuovi attuatori basati sui materiali a memoria di forma. Anziché utilizzare dei motorini, si usano delle molle. “La caratteristica dei materiali a memoria di forma – illustra Timò – è che, iniettando una corrente possono recuperare la forma originaria. Con la molla possiamo traslare un piano e creare una movimentazione”. I benefici? “La riduzione dei costi e le applicazioni possibili – risponde – Sostituendo gli inseguitori solari tradizionali potremo abbassare il costo del tracker da 0,5 euro per Watt a 0.05. E potremo realizzare moduli compatti installabili anche sui tetti”