• Articolo , 6 luglio 2007
  • Moduli fotovoltaici: invenzione ed innovazione.

  • Una rassegna dal mondo del fotovoltaico, dalle origini, alle peculiarità di questa tecnologia, fino ad arrivare alle più recenti evoluzioni e alle ricerche in corso in questo ambito

_Parcheggio “Integrato” a Zwolle (Netherlands) nel 2003 con moduli FV opachi di “prima generazione” della RWE Schott Solar (immagine per gentile concessione della Schott Solar)_

Elemento frenante in merito ad un’adeguata Integrazione Architettonica Fotovoltaica potrebbe forse essere costituito attualmente dalla ancora relativamente scarsa conoscenza dei materiali da costruzione utilizzati a tal fine, ovvero i moduli/pannelli fotovoltaici, la cui tecnologia è in continua evoluzione.
I suddetti materiali da costruzione nelle loro forme più innovative (di commistione delle celle in silicio mono, poli-cristallino, amorfo e così via con il vetro e con altri materiali trasparenti) infatti sono soggetti ad un mercato che ancora oggi non sembra essersi sviluppato a sufficienza dal punto di vista della ricerca, a livello di verifica dei ” pezzi”, sia come resa sperimentale in laboratorio che come monitoraggio, accurato, una volta posti in opera i moduli.
A quanti anni prima della nascita del Brunelleschi si può far risalire l’invenzione del mattone? Eppure al Maestro soprattutto è imputabile l’audace innovazione di averlo disposto a “spina-pesce” al fine di ottenere un risultato, quale l’imponente cupola di Santa Maria del Fiore, assolutamente impensabile (almeno dal punto di vista tecnico) a quei tempi.
E’ cosi’ che la materia, e con essa ogni materiale da costruzione, in particolare attraverso il suo approfondito studio, si trasforma, nelle mani sapienti, e spesse volte geniali, dell’ “esperto”, un tempo detto “Maestro”, in autentica innovazione piuttosto che non solo in mera, materica, invenzione.
Il punto sembra essere il più delle volte arrivare alla sintesi delle molteplici esigenze che fomentano il germe della creatività in questo senso: resistere alla forza di gravità, all’usura, al tempo, ad un impatto visivo sgradevole o comunque in certa misura, sempre secondo punti di vista soggettivi ma teoricamente plausibili, “inquinante”.
Il Fotovoltaico, tacciato un tempo persino dagli stessi colleghi architetti di essere “brutto”, purtuttavia, come alcune brillanti soluzioni progettuali hanno dimostrato, non era impossibile da integrare, era “semplicemente” complesso. Basti pensare, ad esempio, al Parcheggio, a Zwolle, Olanda, integrato brillantemente in facciata, a parete “opaca” per cosi’ dire ” a rilievo”, nel 2003, con moduli Fotovoltaici, di “prima generazione”, della RWE Schott Solar (Il bravo progettista non è peraltro quello che riesce magicamente a trasformare il limite in un vantaggio?). Purtroppo, per alcuni aspetti, la suddetta complessità è rimasta.
Infatti, in generale, quale o meglio quali le priorità da attribuire ad una o alcune prerogative piuttosto che non ad altre? E’ nel trovare questa risposta, a parere dell’autrice, che giace una delle più sottili sfide dei nostri tempi. E così come il Restauratore ha il compito di occuparsi del parco edilizio del passato, con tutte le complesse responsabilità che tale delicata mansione comporta (per esempio nel caso di Integrazione Fotovoltaica Retrofit), ad altri è dato di occuparsi degli organismi edilizi esistenti ed a venire, nella misura del possibile o dell’ipotizzabile giacchè oggi, in fondo, sembra si sia quasi al punto di poter afffermare che ogni cosa ipotizzabile sia anche realizzabile.

_Centro Culturale “Milbertshofen” a Monaco, Integrato nel 2005 con moduli semi-trasparenti di “terza generazione” della RWE Schott Solar (image courtesy of: Schott Solar ©)_

Tracciato un breve excursus generale sugli sviluppi più recenti del Fotovoltaico, si fornisce a seguire una descrizione più dettagliata di alcuni tipi di moduli innovativi, quali ad esempio le celle CSG (“crystalline silicon cells on glass”) e le “Sliver cells”.
Diversi esperti di tecnologia Fotovoltaica australiani, afferenti a vari gruppi di Ricerca e Sviluppo (quali le Università del New South Wales nel caso del Dr. Martin Green e la Australian National University nel caso del Dr. Andrew Blakers), ritengono che la effettiva convenienza economica del settore, rispetto alla prevista riduzione, a lungo termine, del prezzo dei moduli fotovoltaici tradizionali, sarà data piuttosto dalla diffusione dei nuovi tipi di tecnologia FV dei moduli da loro rispettivamente scoperti/inventati e prodotti, quali la tecnologia del film sottile CSG: “Crystalline Silicon on Glass” e quella delle “Sliver cells”.
Segue qualche ulteriore dettaglio su entrambe le suddette tecnologie, sempre tratto dal recentissimo ed interessantissimo libro “Greenhouse solutions with sustainable energy” del Dr Mark Diesendorf che da circa trent’anni si occupa di fonti rinnovabili ed, a maggior ragione, ultimamente si batte per dimostrarne inconfutabilmente l’attuale convenienza economica – si noti bene: attuale, non prevista…- di alcune F.E.R., in primis l’eolico, rispetto alle fonti tradizionali, per esempio il carbone.
Nella tecnologia del film sottile CSG, ovvero “Crystalline Silicon on Glass”, il silicio amorfo viene depositato sotto vuoto sul vetro e successivamente ri-cristallizzato per formare del silicio micro-cristallino a grana fina, sul quale si producono celle FV col 9% di efficienza.
Usando solo 1/100 dello spessore delle celle FV del tipo a wafer, più tradizionale rispetto a questi moduli della cosiddetta “next generation”, dovrebbero comunque arrivare a produrne il 65% della potenza. I risultati della ulteriore ricerca e sviluppo prevista in merito dovrebbero essere pronti nel 2012. Attualmente comunque, a parte le ipotesi sulle ulteriori potenzialità future, come prestazioni si confanno già alle seguenti normative tecniche: IEC 61215 (per esempio per i requisiti di resistenza all’urto), IEC 61730 (ibidem) ed EN 12600.
Inoltre, sebbene uno specifico piano in tal senso non sia ancora stato formulato, si tratterebbe, intrinsecamente, di una delle tecnologie più “riciclabili” attualmente sul mercato, essendo tutti i materiali che la compongono (quali: vetro, sottilissimi strati di silicio ed alluminio, EVA – etilen vinil acetato – tedlar/poliestere, cornici di alluminio, scatole di giunzione di plastica…) contraddistinti da metodi di smaltimento e di riciclo abbastanza semplici e non contenendo, nessuno di essi, elementi tossici.
In merito alle Sliver Cells, ottenute con la “Sliver solar cell technology”, si può dire brevemente che la differenza fondamentale tra le celle FV convenzionali e le SC, che pure utilizzano materiali e tecnologie standard, sembrerebbe consistere nel diverso tipo di lavorazione. Infatti nelle celle tradizionali il trattamento ha luogo sulla superficie dei wafer di silicone (single crystal), dunque attraverso un processo bi-dimensionale, mentre nel SC la lavorazione avviene nel volume della cella, tramite un procedimento in definitiva tri-dimensionale.
Gli inventori asseriscono che efficienze intorno al 20% possono venire raggiunte in fase di produzione a livello industriale, nella fase matura della tecnologia Sliver, con un abbattimento del consumo, per la produzione dei moduli, di silicio (di grado “iper” puro) di almeno il 90% rispetto alle lavorazioni tradizionali.
“I moduli Sliver sono descritti come efficienti, economici, double-face, trasparenti, flessibili, tolleranti gli ombreggiamenti e di peso leggero (light-weight)”.
Altre novità della “next generation” di moduli fotovoltaici nell’emisfero australe sono costituite dalla “nanotechnology”, ai “nano-tubes” di carbonio (sviluppata di recente presso la Queensland University of Technology) e dai polimeri sintetici su cui sta lavorando un’ università in Nuova Zelanda. Ma per queste esperienze a livello internazionale, nonchè per ulteriori esempi più o meno riusciti di Integrazione Fotovoltaica (fino alla terza generazione), si rimanda a successivi approfondimenti.

Fonti:
*Greenhouse solutions with sustainable energy* © Mark Diesendorf 2007

“http://www.unswpress.com.au”:http://www.unswpress.com.au

“http://www.qut.edu.au”:http://www.qut.edu.au

“http://www.csgsolar.com”:http://www.csgsolar.com

“http://www.originenergy.com.au”:http://www.originenergy.com.au

“http://www.schott.com”:http://www.schott.com