Negli ultimi anni, il mondo ha assistito a un notevole spostamento verso le fonti di energia rinnovabile, con l’energia solare che si è affermata come leader nella rivoluzione dell’energia pulita.
I pannelli solari, che sfruttano l’abbondante energia solare, hanno compiuto significativi progressi dalla loro introduzione e le capacità fotovoltaiche installate ogni anno aumentano costantemente.Si prevede che entro il 2026 supereranno la capacità del gas naturale e entro il 2027 quella del carbone. Tuttavia, sorge la domanda se i pannelli solari saranno in grado di catturare la luce solare in maniera più efficiente. Attualmente, l’efficienza dei pannelli solari a base di silicio oscilla tra circa il 15% e il 20% dell’energia solare convertita in energia utilizzabile.
Questo articolo si addentra nel mondo delle energie rinnovabili, concentrandosi sulla tecnologia dei pannelli solari, ed esplora le interessanti prospettive di miglioramento dell’efficienza nella cattura della luce solare.
L’energia solare e le altre fonti rinnovabili
L’energia solare e le altre fonti rinnovabili rappresentano un capitolo fondamentale nell’ambito energetico. L’energia solare, in particolare, costituisce la fonte rinnovabile più abbondante e accessibile. Secondo i dati forniti dall’Agenzia Internazionale dell’Energia (AIE), nel corso del 2022 sono stati generati quasi 1.300 TWh di energia solare fotovoltaica. Questo segna un incremento record di 270 TWh (+26%) rispetto agli anni precedenti. Nel corso dello stesso anno, inoltre, l’energia solare ha sorpassato per la prima volta nella storia la generazione eolica, registrando la più alta crescita assoluta di produzione tra tutte le tecnologie rinnovabili. Questo tasso di crescita nella generazione energetica è coerente con le previsioni dello Scenario Emissioni Nette Zero entro il 2050 per il periodo compreso tra il 2023 e il 2030.
Lo stato attuale dell’efficienza dei pannelli solari
I pannelli solari, comunemente noti come pannelli fotovoltaici (PV), hanno compiuto notevoli progressi in termini di efficienza nel corso degli ultimi decenni. I pannelli solari tradizionali a base di silicio hanno raggiunto un punto di redditività commerciale, con numerose installazioni che adornano già tetti e paesaggi in tutto il mondo. L’efficienza di questi pannelli, come menzionato nell’introduzione, è valutata in base alla loro capacità di convertire la luce solare in elettricità e generalmente varia dal 15% al 20%.
Nonostante questi dati siano notevoli, la ricerca di un’efficienza superiore è ancora in corso. Ricercatori e ingegneri continuano ad esplorare tecniche innovative per rendere i pannelli solari ancora più efficienti, convenienti e rispettosi dell’ambiente.
Tecnologie all’avanguardia per i pannelli solari
I nuovi design e strati consentono un incremento dell’efficienza e una maggiore cattura di energia. Mentre le celle solari al silicio convertono solamente una stretta banda di frequenza della luce solare, l’utilizzo di nuovi materiali permette un migliore assorbimento della luce.
Celle solari a base di perovskite
La perovskite, un cristallo composto da titanio e calcio, dimostra maggiore efficacia nell’assorbire la luce nell’ambito dello spettro dell’infrarosso prossimo. Queste celle, leggere e flessibili, possono essere prodotte attraverso processi a basso costo, rendendole un’opzione interessante per i futuri progetti nel campo dei pannelli solari.
Le celle solari a base di perovskite presentano il potenziale di raggiungere un’efficienza superiore rispetto a quelle realizzate con silicio. I ricercatori perfezionano costantemente le formulazioni delle perovskiti al fine di migliorare la loro stabilità e le prestazioni, aprendo così la possibilità di superare gli attuali standard di efficienza. Ne è una prova la Svizzera, dove i ricercatori del Politecnico federale di Zurigo (EPFL) e del Centro svizzero per l’elettronica e la microtecnica (CSEM) hanno superato per la prima volta la soglia di efficienza del 30% per le celle solari tandem a perovskite-silicio.
‘Questi risultati ad alta efficienza richiederanno ora ulteriori attività di ricerca e sviluppo per consentirne la scalabilità su superfici più ampie e per garantire che queste nuove celle possano mantenere una produzione stabile di energia sui nostri tetti e altrove per una durata di vita standard’.
Quentin Jeangros, del CSEM, ha dichiarato:
Per saperne di più sulle celle solari a perovskite, consultate il nostro articolo sulle 5 migliori tecnologie solari innovative.
Le celle solari tandem
Lo sviluppo di celle solari tandem rappresenta una strada promettente per migliorare l’efficienza dei pannelli solari. Questi dispositivi impilano due o più strati di materiali semiconduttori differenti per catturare un ampio spettro di luce solare. Questa tipologia di celle può includere una combinazione di diverse tecnologie attualmente disponibili, tra cui perovskite, silicio (Si), arseniuro di gallio (GaAs), indio gallio (CIGS), e altre ancora.
In Germania, ad esempio, i team del Centro Helmholtz di Berlino (HZB) e dell’Istituto per la ricerca solare di Hamelin (ISFH) hanno presentato le celle fotovoltaiche PERC (Passivated Emitter and Rear Contact), considerate le più efficienti attualmente disponibili sul mercato, con un’efficienza massima del 23%. Tuttavia, gli scienziati tedeschi sono convinti che le nuove celle in tandem PERC/POLO possano raggiungere addirittura il 29,5%.
Al di fuori dell’Europa, i ricercatori dell’Arabia Saudita hanno sviluppato un nuovo tipo di cella solare che ha superato il record di massima efficienza, raggiungendo un tasso senza precedenti del 33,7%. Questa cella solare tandem si basa sulla combinazione di silicio e perovskite. Mentre lo strato di silicio assorbe e converte principalmente la luce infrarossa in elettricità, lo strato di perovskite assorbe la luce visibile, conferendo a questa tecnologia un’efficienza maggiore rispetto alle celle convenzionali.
“Speriamo che il nostro nuovo risultato contribuisca ad accelerare la transizione energetica verde.“
– Erkan Aydin, ricercatore presso la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) ha affermato:
I pannelli solari bifacciali
Le celle solari fotovoltaiche che hanno la capacità di generare elettricità quando vengono irradiate su entrambe le loro superfici sono note come pannelli solari bifacciali. In pratica, i pannelli solari bifacciali possono catturare la luce solare da entrambi i lati, sfruttando in modo efficace la luce solare riflessa da superfici come i tetti o il terreno (è importante notare che la loro efficacia è migliore quando sono installati a livello del suolo). Alcuni pannelli bifacciali sono stati in grado di aumentare la produzione di energia fino al 30%, sebbene la quantità esatta di aumento dipenda dalle condizioni ambientali circostanti.
Cellule solari a punti quantici
Gli scienziati stanno esplorando il mondo della nanotecnologia attraverso l’utilizzo di nanostrutture semiconduttrici per migliorare le prestazioni dell’energia solare, creando così pannelli solari estremamente efficienti arricchiti da intricate nanostrutture e punti quantici. Una cella solare a punti quantici è un tipo di cella fotovoltaica che sfrutta i punti quantici per assorbire la luce solare.
Secondo il National Renewable Energy Laboratory, i punti quantici hanno il potenziale di aumentare in modo significativo (in alcuni dispositivi, potrebbero persino raddoppiare) l’efficienza della conversione della luce solare in energia. Queste nanostrutture hanno la capacità di manipolare la luce a livello nanometrico, favorendo un maggiore assorbimento e una più elevata efficienza nella conversione dell’energia. Con l’avanzare delle ricerche in questo campo, potremmo trovarci di fronte a pannelli solari capaci di sfruttare la luce solare in modo più efficace che mai.
Conclusione
Con l’avanzamento delle nuove tecnologie e la diversificazione dei tipi di celle solari, l’energia solare e i pannelli fotovoltaici stanno diventando sempre più diffusi. Lo sviluppo di nuove soluzioni per la cattura dell’energia solare non solo migliora l’efficienza di conversione della luce solare, ma contribuisce anche a ridefinire il panorama dell’energia. In un mondo in costante transizione verso fonti energetiche pulite, l’evoluzione dei pannelli fotovoltaici rappresenta un elemento fondamentale per abbracciare un futuro sostenibile e ricco di risorse.
