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Fotovoltaico, il futuro viene dal sole

pubblicato 16 set 2011, 01:10 da Sončna Elektrarna Fotovoltaika   [ aggiornato in data 21 set 2011, 02:08 ]
Nasce il fotovoltaico di nuova generazione che cattura tre fasci di luce. Una possibile risorsa per i nuovi impianti a energia solare. Affrontiamo l’argomento con il Professor Giuliano Martinelli, ordinario di Fisica all’Università di Ferrara.L’interesse per il fotovoltaico aumenta. La ricerca sul tema è costante e diversicata, nel senso che la logica cambia e i risultati altrettanto. E proprio per questo, i dati scientifici a volte risultano difficili da confrontare tra loro. Comunque lottare per un’energia che sia il meno inquinante è la strada da seguire. Trasformare la propria abitazione in una centrale elettrica, o finanziare i parchi fotovoltaici potrebbe essere la risposta giusta per mantenere l’impegno con l’Europa, e garantire, entro il 2020, il 12% di fonti energetiche solari.



Uno dei punti di forza della ricerca in questo settore è rappresentato dal dipartimento di Fisica dell’Università di Ferrara. In questa sede stanno sperimentando il fotovoltaico di nuova generazione che cattura tre fasci di luce. «Noi lavoriamo per abbattere i costi», ci spiega il professor Giuliano Martinelli, caposcuola del fotovoltaico italiano e Responsabile del laboratorio sensori e semi conduttori del dipartimento di Fisica dell’Università di Ferrara. «Ritengo tuttavia che a fornire dei numeri debba essere l’industria. Il nostro ruolo di ricercatori non può essere confuso con la produzione industriale, su cui non abbiamo competenze adeguate. Noi dobbiamo presentare dei progetti e consentire all’industria di valutare le potenzialità della produzione e i relativi costi».


Domanda
. Professor Martinelli, ci spiega la differenza tra pannello solare termico e pannello solare fotovoltaico?

Risposta. Il pannello solare termico sfrutta la radiazione solare per ottenere calore. Il pannello solare fotovoltaico converte invece la radiazione solare direttamente in energia elettrica. Ciò avviene creando elettroni dai fotoni di cui è composta la luce.

D. All’interno del Polo Tecnologico dell’Università di Ferrara lei ha creato un gruppo che si occupa di fotovoltaico. Ci illustra il progetto che sta suscitando tanto interesse: il pannello fotovoltaico a concentrazione?

R. Il gruppo che si occupa di fotovoltaico (PV) è composto da una decina di persone, con inoltre molte collaborazioni esterne sia di enti di ricerca che di industrie. Il progetto, che abbiamo iniziato una decina di anni fa, si basa sulla ricerca di un possibile impiego dello stesso per scopi “energetici”. L’esigenza di produrre energia elettrica su vasta scala è alla base di questa tecnologia, volta ad assegnare al PV pari dignità rispetto ad altre forme come quella idroelettrica, nucleare e altre. Questo progetto prevede l’intervento delle Istituzioni. A nessuno verrebbe in mente di installare centrali nucleari o approvvigionamenti di gas o petrolio senza un intervento dello Stato. L’Italia è il Paese del sole, e non possiamo perdere questa opportunità.

D. Facendo un parallelo tra il fotovoltaico a concentrazione e il fotovoltaico che attualmente l’Enel consiglia, quali sono le sostanziali differenze?

R. Le differenze sostanziali si possono riassumere in quattro punti:

  1. concentrando la luce del sole serve molto meno materiale semiconduttore. Ad esempio, concentrando la luce solare con un fattore di concentrazione 300, serve un’area di “celle” 300 volte inferiore. Questo fa sì che la disponibilità di materiali semiconduttori diventi sufficiente anche per quantitativi energetici elevati. Con la tecnologia convenzionale basata su pannelli piani di silicio, la produzione mondiale di polysilicon (su cui si basa l’industria elettronica e quella fotovoltaica) non basterebbe neppure a produrre l’1% del solo fabbisogno energetico nazionale (pari a circa 350 milioni di MWh/anno). Si evince pertanto che se si vuole portare il PV a pari dignità con le altre forme di energia, cioè in torno al 10% del fabbisogno nazionale, è necessario ricorrere a tecnologie innovative, tra cui ritengo quella a concentrazione come la maggiore candidata.
  2. La concentrazione, consentendo un consumo molto limitato di materiale semiconduttore, permette anche l’utilizzo di materiali diversi dal silicio. Infatti, ogni materiale semiconduttore è in grado di convertire in energia elettrica solo una parte della radiazione solare, mentre tutto il resto si trasforma in calore. Ad esempio, le cosiddette multigiunzioni sono costituite da una serie di materiali in forma di film sovrapposti molto sottili, ognuno dei quali è in grado di assorbire utilmente (trasformando la radiazione in elettroni) una particolare frazione dello spettro solare. Questo aspetto è importante in quanto consente di raggiungere efficienze molto più elevate, riducendo così gli spazi necessari e, dato il consumo molto contenuto di materiali pregiati, di ridurre i costi.
  3. Rispetto alle multigiunzioni bisogna evidenziare che, poiché i semiconduttori che le compongono sono in serie, esse si comportano molto bene per applicazioni spaziali, dove lo spettro solare rimane costante, ma non altrettanto per applicazioni terrestri, dove lo spettro solare è soggetto a variazioni sia di luogo che di tempo. Nel nostro laboratorio è stata pertanto messa a punto una tecnologia che separa la radiazione solare (come fa l’arcobaleno), inviando delle frazioni di spettro ben definite su materiali in grado di assorbirle correttamente e che, essendo disposti in parallelo, non si influenzano negativamente tra loro.
  4. Dato che il supporto su cui si depositano i film è composto da germanio monocristallino, materiale sia raro che costoso, abbiamo messo a punto una tecnologia che consente di depositare, da fase gassosa, uno strato sottilissimo di germanio cristallino su supporto di silicio. Ciò, oltre a superare il problema della quantità limitata di germanio disponibile, ne riduce anche drasticamente il costo. È comunque da sottolineare che l’ENEL non si oppone al fotovoltaico a concentrazione, anzi partecipa a progetti rivolti a un suo impiego.

D. Il Ministero dello Sviluppo Economico, sotto la guida del Ministro Bersani, ha istituito un progetto finanziario per innovare il sistema industriale, Industria 2015, al quale il suo gruppo ha partecipato. Nel gennaio 2009 siete stati esclusi da ogni possibile finanziamento. Perché?

R. È fondamentale coinvolgere in processi così complessi la grande industria. Noi ci siamo appoggiati alla St Microelettronica come coordinatore e insieme con loro e diverse altre industrie ci siamo candidati al bando di concorso nel settore energia. Purtroppo le nostre attese sono state deluse. Non si capisce bene quali siano state le logiche, tanto è vero che il 22 gennaio 2009 è stata presentata un’interpellanza parlamentare da parte del PD, riguardante l’Agenzia incaricata di valutare i progetti, i cui membri sono stati sostituiti dall’attuale Governo poco prima dei pronunciamenti. Non mi piace pensare male, criticare la solita Italia, però non nascondo che sono demoralizzato. Mi sembra che l’Italia non sia capace di reagire e di rispondere adeguatamente a questa crisi e a questo bisogno di energia che è evidente. Il nostro non è un progetto di pura ricerca, abbiamo realizzato prototipi dei dimostratori, sono state fatte valutazioni precise, non è possibile sostenere che la nostra proposta sia priva di interesse. Non sono mai state rese note da alcuno le motivazioni della esclusione o accettazione dei progetti presentati. Noi e numerose industrie siamo comunque decisi ad andare avanti, in quanto la tecnologia c’è, ci sono ottimi ricercatori e inoltre si potrebbe costruire una filiera interamente italiana. Quello che manca, almeno per ora, è la volontà di fare sul serio da parte di chi deve indicare delle direttive concordate con gli attori riconosciuti da tutti come validi esperti nei vari settori energetici.

D. Secondo gli impegni presi in Europa, entro il 2020 il 12% del mix energetico dovrà venire dal solare. Questo aiuterà la ricerca sul fotovoltaico?

R. Se si accetta l’idea di realizzare sistemi effettivamente energetici, ritengo proprio di sì. Basti pensare infatti che si consumano mediamente tre tonnellate di petrolio all’anno, ed essendo in 60 milioni di persone, un banale conto ci consente di verificare che spendiamo circa 90 miliardi di euro all’anno per il petrolio. Risparmiando un 10%, avremo un risparmio annuo di circa 9 miliardi di euro, alla faccia della impossibilità di assumere giovani ricercatori. Tra l’altro vorrei aggiungere, dopo tutte le esperienze all’estero, che i nostri ricercatori sono certamente tra i migliori al mondo, solo che non sappiamo impegnarli in progetti di ampio respiro, come ad esempio potrebbe essere questo.

D. Quando il fotovoltaico a concentrazione potrà essere prodotto?

R. Oggi posso affermare che una grande azienda pubblica ha chiesto un’offerta significativa per un sistema a concentrazione con separazione spettrale e un’azienda italiana è pronta ad accoglierla. Credo che i termini temporali prevedano di iniziare l’installazione entro il 2010. Questo dovrebbe agevolare la concessione di incentivi anche per il PV a concentrazione che, paradossalmente, ne è tuttora escluso, causa anche questa di una ritardata iniziativa produttiva.

D. Lo scorso luglio è stato pubblicato il decreto sulla certificazione energetica degli edifici. Quanto tempo ci vorrà prima che le abitazioni e le strutture italiane risultino adeguate al risparmio energetico?

R. È mia impressione che molti decisori pubblici comincino ad effettuare delle valutazioni come quelle riportate sopra, e quindi siano in attesa di comprendere meglio le potenzialità di queste iniziative. Quando molti anni fa, lavorando negli Stati Uniti, ci dedicavamo al PV, simile a quello convenzionale, lo scopo era quello di realizzare piccole stazioni autonome per i soldati nel deserto, in particolare in Arabia Saudita . Nessuno si curava di applicazioni come abitazioni ecc., non solo perché allora i costi del petrolio erano molto bassi, ma anche per tutte le ragioni sopra esposte. L’aumento del costo del petrolio, la consapevolezza dell’inquinamento associato, la preoccupazione per la dipendenza da Paesi stranieri e anche il timore della mancanza, in tempi non molto lontani, del prezioso oro nero hanno spinto i vari Paesi a cercare soluzioni diverse. Alcuni, come noi, consapevoli della inadeguatezza dei sistemi proposti per applicazioni di potenze elevate, hanno iniziato ricerche innovative che spero diano i risultati sperati.

D. Sappiamo che ci sono altre università italiane che fanno ricerca sul fotovoltaico. È ingenuo pensare che ci possano essere delle collaborazioni?

R. Il fabbisogno di energia elettrica nel nostro Paese è sotto gli occhi di tutti. Sole, vento, geotermia, idroelettrico, moti ondosi e altro sembrano necessari per limitare l’indispensabile utilizzo di petrolio. Appare pertanto evidente la necessità di collaborazione tra le varie Università ed Enti di Ricerca. Noi siamo impegnati con molti di questi centri. Dirò solo che, rimanendo nel solare, molte iniziative sono complementari. Con alcuni centri stiamo sviluppando nuovi materiali per efficienze più elevate e/o costi inferiori, con altri si cerca di ottenere materiali dicroici ottimali per la separazione spettrale, con altri ancora stiamo sviluppando sistemi a concentrazione anche per applicazioni termiche ma a temperature elevate, per cui anche problematiche legate alla climatizzazione degli ambienti potrebbero trovare un’adeguata soluzione.

Da ultimo accenno a una ricerca in corso per un adeguato sistema di accumulo, indispensabile per coprire utilizzi energetici anche all’infuori del 10%. L’idrogeno potrebbe essere un buon candidato. A tale scopo ricordo che l’idrogeno serve per accumulare energia, non per produrla, come alcuni pensano.


Dal sito: www.ideare-casa.com

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