Una donna sulla strada maestra del nuovo fotovoltaico

La ricerca nel settore del fotovoltaico ha l’obiettivo di sviluppare tecnologie innovative per ottenere una nuova generazione di moduli ad alta efficienza: ne parliamo con Giulia Monteleone di Enea.

 

Giulia Monteleone è la donna delle energie rinnovabili in Enea quale direttrice del dipartimento Enea Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili. Eppure per anni, come ingegnere chimico, ha avuto a che fare con le fonti fossili.

 

E dalle fonti fossili, o meglio dalle lobby che le supportano, non si sente attaccata. Per lei la strada della decarbonizzazione non è un’alternativa, ma la via, ormai, maestra.

 

“Il ricorso all’uso delle rinnovabili e in generale l’evoluzione del sistema energetico – ci ricorda – avranno un ruolo di primo piano per il conseguimento degli obiettivi di decarbonizzazione al 2030 e 2050.

 

Alcune azioni risultano sicuramente prioritarie per il processo di transizione, quali per esempio incrementare la produzione di energia da fonti rinnovabili attraverso lo sviluppo di tecnologie avanzate, favorire la penetrazione dell’energia prodotta da fonte rinnovabile attraverso l’adozione di nuove forme di utilizzo dell’energia (aggregazioni/comunità energetiche), puntare su una mobilità sostenibile…

 

È quindi evidente che i segnali che arrivano dagli Usa sono in netta contrapposizione con azioni, iniziative e misure adottate dalla Ue per ridurre le emissioni climalteranti, rafforzare l’ecosistema europeo di produzione tecnologica a zero emissioni e mantenere al tempo stesso posti di lavoro di qualità all’interno dell’Ue“.

 

Quindi – prosegue in questa nostra chiacchierata che punta a capire lo stato dell’arte del fotovoltaico nei centri Enea – la Monteleone è schietta: “lascerei da parte le preoccupazioni, facendo affidamento su un percorso verso la decarbonizzazione ormai avviato, condiviso e coordinato a livello pressoché globale che punta a favorire la consapevolezza, l’interesse dell’industria a investire su nuove tecnologie, l’accettabilità sociale e una maggiore disponibilità da parte degli utilizzatori finali, ossia i cittadini, a modificare le proprie abitudini e assumere un ruolo attivo e propositivo“.

 

Dalla sua anche il Decreto-Legge 9 dicembre 2023, n. 181 sulle disposizioni urgenti per la sicurezza energetica del Paese, la promozione del ricorso alle fonti rinnovabili di energia, il sostegno alle imprese a forte consumo di energia e in materia di ricostruzione nei territori colpiti dagli eccezionali eventi alluvionali verificatisi a partire dal 1° maggio 2023.

 

Lei è a capo del Dipartimento Enea di Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili: quali sono i progetti tecnologici su cui state puntando e che ci traghettano verso una sorta di fotovoltaico 5.0?

 

La ricerca nel settore fotovoltaico si muove su più fronti e uno di questi è sicuramente lo sviluppo di tecnologie innovative per ottenere una nuova generazione di moduli ad alta efficienza.

 

Realizzare moduli con efficienze prossime al 30%, superiori rispetto ai valori attuali che mediamente si aggirano nel range 20-22%, potrà contribuire a incrementare la capacità produttiva degli impianti Fv a parità di spazio occupato dagli stessi impianti.

 

Limitando così l’utilizzo del suolo garantendo al tempo stesso la crescita della penetrazione della fonte rinnovabile negli usi finali. Lo sviluppo di celle solari tandem persegue proprio l’obiettivo delle efficienze elevate: due materiali differenti vengono combinati insieme, determinando un più efficiente ed efficace utilizzo della luce solare.

 

Una delle strutture tandem su cui è puntata l’attenzione della comunità scientifica internazionale, così come di Enea è la cella tandem perovskite/silicio con la quale sono state dimostrate in laboratorio efficienze maggiori del 30%.

 

È solo questione di innovazione dei materiali o anche di processi? In che modo nel caso?

 

La ricerca continua a occuparsi di materiali, processi, ma anche nuove tipologie di celle solari per le varie possibili applicazioni, facendo tesoro della conoscenza e dell’esperienza che la comunità scientifica del fotovoltaico ha sviluppato nel tempo.

 

Si studiano materiali avanzati per dispositivi innovativi, come per esempio la perovskite o materiali organici per celle semitrasparenti da utilizzare in ambito agrivoltaico, ma anche nuovi materiali per innovare i processi produttivi delle celle in silicio.

 

Accanto agli aspetti tecnici, la scelta dei materiali da studiare deve tenere anche conto delle loro potenzialità/criticità in termini di disponibilità, sostenibilità e possibilità di ottenerli con processi a basso costo e di interesse per l’industria.

 

Può infatti accadere che l’efficienza ottenuta in laboratorio con celle di piccolissima area, inferiore al cm2, che vengono realizzate con processi difficilmente scalabili e quindi con basso interesse e ricadute verso l’industria di riferimento.

 

Oppure che tra i materiali utilizzati per realizzare i dispositivi ce ne siano alcuni, costosi o che possono destare qualche preoccupazione in termini di sostenibilità ambientale.

 

È, quindi, naturalmente fondamentale che le azioni di ricerca e sviluppo di nuovi materiali e di innovazione tecnologica siano sinergiche tra loro e che tengano conto dell’intera filiera produttiva del settore specifico, a partire dalla disponibilità delle materie prime, passando per la realizzazione di componenti e sistemi, fino all’applicazione finale.

 

Intanto sul mercato che tipo di fotovoltaico troviamo? E a quando quello del futuro?

 

Nel mondo circa il 95% dei moduli Fv sono realizzati con celle in silicio cristallino, che si sono evolute nel tempo e che consentono di ottenere oggi moduli le cui efficienze sono mediamente intorno al 20-22 %.

 

Invece, 10-15 anni fa si poteva disporre di moduli con efficienze di circa il 15%. Questi miglioramenti sono frutto della ricerca sulla tecnologia del silicio che ha consentito di utilizzare nuove architetture di celle solari e nuovi materiali.

 

La cella di tipo Perc (Passivated Emitter and Rear Cells) rappresenta attualmente la principale tecnologia con la quale si fabbricano celle solari in c-Si.

 

Tale tecnologia si è affermata sull’architettura back-surface field (Al-Bsf), utilizzata quest’ultima a partire dalla metà degli anni ’70, che sarà probabilmente rimpiazzata nei prossimi anni dalle più efficienti celle solari che utilizzano i cosiddetti contatti passivanti (Silicon Heterojunction – Shj, o a base di poly-Si – TopCon).

 

I moduli del futuro saranno auspicabilmente realizzati con celle di tipo tandem e si affacceranno sul mercato già nei prossimi anni con efficienze inizialmente intorno al 25%, ma che nei prossimi dieci anni potranno approcciare il 30%.

 

Avete lanciato anche il Registro dei moduli fotovoltaici: anche questo aiuta a evidenziare lo stato dell’arte del nuovo Fv?

 

Il registro dei moduli Fv, istituito da Enea sulla base dl di un decreto legge specifico, consente di mappare moduli fotovoltaici con determinati requisiti di carattere territoriale e qualitativo.

 

In particolare, il registro è organizzato in tre categorie differenti nella quali si individuano per i moduli fotovoltaici dei criteri minimi:

1. i moduli devono essere prodotti in stati membri dell’Ue con certe caratteristiche prestazionali

2. entrambi, moduli e celle, devono essere prodotti negli stati membri

3. eventualmente con celle solari innovative ed efficienti (celle a eterogiunzione di silicio bifacciali) o con le tecnologie Fv che si stanno affacciando ora nei processi produttivi (celle tandem ad alta efficienza)

 

Sicuramente, il registro è uno strumento che può indirizzare politiche di incentivi verso prodotti con elevate prestazioni e fabbricati con processi che abbiano alti standard ambientali.

 

Enea, attraverso la tenuta del registro dei moduli Fv, sta operando per offrire il proprio supporto alle istituzioni, all’industria e ai cittadini, contribuendo a favorire lo sviluppo di una filiera nazionale ed europea del fotovoltaico

 

E del vecchio fotovoltaico che ce ne facciamo (ovvero sono già avviati processi tipici dell’economia circolare in questo settore)?

 

Sicuramente misure adeguate per gestire il fine vita dei moduli Fv dovranno essere definite per accompagnare l’impressionante crescita della capacità di potenza installata ogni anno nel mondo.

 

Il tema del riutilizzo di parte dei materiali dei moduli fv, ma anche quello dell’ecodesign degli stessi moduli (ossia la progettazione dei moduli affinché siano sostenibili già in partenza) vanno tenuti fin da ora nella giusta considerazione.

 

È utile, inoltre, evidenziare che gli sforzi della ricerca per migliorare l’efficienza dei prodotti e incrementare ulteriormente il tempo di vita di moduli fotovoltaici potranno ridurre la quantità di rifiuti generati nel tempo dal settore.

 

È opportuno però riflettere con attenzione sul timore, oggi elevato, rispetto alla dimensione del problema dei rifiuti da Fv: alcuni studi mostrano come i rifiuti da moduli Fv, in una prospettiva che contempla vari scenari di diffusione del fotovoltaico stesso, sono limitati se confrontati con quelli generati dall’energia derivante dai combustibili fossili o da altri rifiuti comuni (plastiche, rifiuti elettronici, rifiuti urbani…).

 

M.Cristina Ceresa