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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
