Wilhelm: la mia scommessa per EPIA

Il neo presidente di EPIA - European Photovoltaic Industry Association - traccia le principali linee sulle quali si baserà il suo mandato. Costruire un ponte tra fotovoltaico e utility e far dialogare elettronicamente i consumatori con i produttori

In un momento di grande vivacità del mercato fotovoltaico, come testimoniato dall’ “esplosione” di SolarExpo a Verona, dove si sono riuniti oltre 400 esperti per la conferenza e oltre 1000 aziende del settore, abbiamo ritenuto interessante chiedere al neo presidente di EPIA, l’ing. Ingmar Wilhelm, quali strategie intende adottare per la più grande Associazione al mondo nel settore della tecnologia fotovoltaica.

*Mauro Spagnolo*: *Presidente Wilhelm, parliamo innanzi tutto dell’EPIA (European Photovoltaic Industry Association). Può descriverci di cosa si tratta e qual è la sua missione?*
*Ingmar Wilhelm*: EPIA è l’associazione dell’industria fotovoltaica in Europa. Contiamo oltre 200 membri che rappresentano l’intera filiera industriale del fotovoltaico: dalla produzione di silicio e wafer a quella di celle e moduli, dagli integratori di sistemi agli installatori ed infine i produttori di energia elettrica e coloro che si occupano in questo contesto del marketing e delle vendite. I membri provengono da tutti i 5 continenti e fanno di EPIA la più grande associazione mondiale del settore. Nel settore stesso lavorano già oggi oltre 200.000 persone, con un forte aumento previsto nei prossimi anni.
Con questa forte base di partenza, EPIA sarà proattiva nel disegnare il futuro del fotovoltaico e nel valorizzare anche le potenzialità fotovoltaiche nei nuovi mercati emergenti europei ed extraeuropei.

*M.S.*: *E veniamo a lei, ing. Wilhelm. Lo scorso 18 marzo 2010 lei è stato eletto presidente dell’EPIA. Quali sono a suo avviso le motivazioni che hanno portato prima alla sua candidatura e poi alla sua elezione?*
*I.W.*: Le ragioni per candidarsi alla presidenza dell’EPIA si trovano nella competenza concentrata dell’Associazione come anche nel legame evidente tra l’industria fotovoltaica e le utility tradizionali. Come Enel Green Power, intendiamo contribuire, attraverso l’EPIA, allo sviluppo dell’industria fotovoltaica con la nostra vision di utility e le nostre competenze energetiche. L’obiettivo è costruire un ponte tra i due settori, lavorando in entrambe le direzioni.

*M.S.*: *Lei ha affermato, appena eletto, che “la tecnologia fotovoltaica è ancora nella fase iniziale di implementazione su larga scala e ci aspettiamo che il costo dell’elettricità fotovoltaica diminuisca vertiginosamente nei prossimi decenni, rendendo PV una delle fonti di energia elettrica più competitiva della produzione futura”. Ci può spiegare quali strategia adotterà l’EPIA per raggiungere un obiettivo così ambizioso?*
*I.W.*: L’aumento dell’efficienza, della competitività in termini di costi, e della varietà di applicazioni ‑ di dimensioni, superfici e integrazione con altri sistemi ‑ sono fondamentali molto forti che promuoveranno il fotovoltaico a diventare una importante fonte di generazione di energia elettrica. Per l’anno in corso, l’industria deve mirare soprattutto a gestire bene una crescita molto sostenuta della capacità fotovoltaica installata e a diversificare il suo raggio geografico. Alcuni paesi dell’area del Mediterraneo quali Italia, Francia, Grecia e Spagna, hanno un potenziale straordinario per diventare un secondo importante polo del solare fotovoltaico in Europa, a complemento di quello in Germania. Inoltre, prevediamo di promuovere il fotovoltaico in alcuni nuovi mercati in Europa, per esempio Regno Unito e Turchia, ma anche in selezionati paesi in Africa, America, Asia ed in Australia. La crescita della capacità installata da fonte fotovoltaica a livello mondiale potrebbe raggiungere un nuovo record storico nel 2010, con nuovi impianti per oltre 10.000 MW.

*M.S.*: *Ritiene che una delle vie di sviluppo di questa tecnologia sia l’adozione di nuovi sistemi applicativi? Ad esempio i sistemi più vicini alle esigenze urbane degli utenti come l’integrazione con gli edifici e con la viabilità? E se si in quali termini.*
*I.W.*: Assolutamente si. Grande spazio di crescita nella generazione distribuita, vicina cioè ai luoghi di consumo, integrata negli edifici esistenti come anche in quelli nuovi, senza alcun impatto visivo; integrazione con batterie ed altri sistemi di stoccaggio anche per integrare la mobilità elettrica. Questo sviluppo è legato all’espansione delle smart grids, che in un futuro non troppo lontano saranno in grado di far dialogare elettronicamente i consumatori con i produttori. Enel è oggi leader di numerosi progetti in questo campo, grazie anche alla sua infrastruttura innovativa di rete che ha visto installare in Italia più di 32 milioni di contatori “intelligenti”.

*M.S.*: *Nel luglio scorso, grazie ad un’intervista di Rinnovabili.it al Direttore tecnico del GSE ing. Montanino, è stata posta da un gruppo di parlamentari del PD un’interrogazione parlamentare al Ministro dell’Ambiente ed a quello dello Sviluppo Economico sul perché il costo del fotovoltaico istallato in Germania risulta mediamente di € 4.400 per kWh contro i € 6.000 in Italia, nonostante i maggiori incentivi del nostro Paese. Come si spiega lei questa differenza e come pensa di affrontare il problema da presidente EPIA?*
*I.W.*: Sono dati che fanno riferimento ad impianti piuttosto piccoli e riflettono condizioni di mercato che si riscontravano durante l’anno 2008. Oggi i valori sono più bassi in entrambi i paesi ed anche molto più allineati. In ogni caso, i prezzi sono sempre anche una funzione della concorrenza tra i fornitori, dello stato di informazione dei clienti e, infine, della qualità del pannello, dell’inverter, dell’installazione e degli altri servizi offerti intorno all’impianto. Tengo molto alla professionalità dei produttori dei componenti, come anche a quella degli installatori. Sono del resto convinto che solamente prodotti e servizi di qualità convinceranno nel tempo sempre più investitori e cittadini dei vantaggi non solo ecologici, ma anche economici del fotovoltaico.

*M.S.*: *Infine: in molti, nel nostro Paese, si lamentano per la terribile burocrazia che limiterebbe, in modo vistoso, il naturale trend di sviluppo del fotovoltaico. Ha in mente come affrontare questo problema, spesso tutto italiano?*
*I.W.*: In realtà non siamo poi così lenti: nel 2009 in Italia sono stati connessi oltre 40.000 nuovi impianti fotovoltaici, un numero di tutto rispetto. Qualche difficoltà in più si registra sul fronte dei grandi impianti che però richiedono necessariamente tempi più lunghi per una loro migliore ambientalizzazione nel contesto locale. Gli ultimi confronti sulla burocrazia autorizzativa con altri paesi europei non mostrano grandi ritardi in Italia. Comunque, è sempre auspicabile che una maggiore standardizzazione degli iter e forse anche una più chiara interpretazione delle leggi statali aiutino cittadini ed investitori a prevedere meglio fattibilità e tempistica dei loro progetti.

Grazie ad un nuovo processo sintetico è stato creato un elettrolita di solfuro solido dotato della più alta conduttività per gli ioni di sodio più alta mai registrata. Circa 10 volte superiore a quella richiesta per l'uso pratico

Batterie al Sodio allo Stato Solido più facili da Produrre

La batterie allo stato solido incarnano a tutti gli effetti il nuovo mega trend dell’accumulo elettrochimico. E mentre diverse aziende automobilistiche tentano di applicare questa tecnologia agli ioni di litio, c’è chi sta percorrendo strade parallele. É il caso di alcuni ingegneri dell’Università Metropolitana di Osaka, in Giappone. Qui i professori Osaka Atsushi Sakuda e Akitoshi Hayash hanno guidato un gruppo di ricerca nella realizzazione di batterie al sodio allo stato solido attraverso un innovativo processo di sintesi.

Batterie a Ioni Sodio, nuova Frontiera dell’Accumulo

Le batterie al sodio (conosciute erroneamente anche come batterie al sale) hanno conquistato negli ultimi anni parecchia attenzione da parte del mondo scientifico e industriale. L’abbondanza e la facilità di reperimento di questo metallo alcalino ne fanno un concorrente di primo livello dei confronti del litio. Inoltre l’impegno costante sul fronte delle prestazioni sta portando al superamento di alcuni svantaggi intrinseci, come la minore capacità. L’ultimo traguardo raggiunto in questo campo appartiene ad una ricerca cinese che ha realizzato un unità senza anodo con una densità di energia superiore ai 200 Wh/kg.

Integrare questa tecnologia con l’impiego di elettroliti solidi potrebbe teoricamente dare un’ulteriore boost alla densità energetica e migliorare i cicli di carica-scarica (nota dolente per le tradizionali batterie agli ioni di sodio). Quale elettrolita impiegare in questo caso? Quelli di solfuro rappresentano una scelta interessante grazie alla loro elevata conduttività ionica e lavorabilità. Peccato che la sintesi degli elettroliti solforati non sia così semplice e controllabile. Il che si traduce in un’elevata barriera per la produzione commerciale delle batterie al sodio allo stato solido.

Un Flusso di Polisolfuro reattivo

É qui che si inserisce il lavoro del team di Sakuda a Hayash. Gli ingegneri hanno messo a punto un processo sintetico che impiega sali fusi di polisolfuro reattivo per sviluppare elettroliti solidi solforati. Nel dettaglio utilizzando il flusso di polisolfuro Na₂S_x come reagente stechiometrico, i ricercatori hanno sintetizzato due elettroliti di solfuri di sodio dalle caratteristiche distintive, uno dotato della conduttività degli ioni di sodio più alta al mondo (circa 10 volte superiore a quella richiesta per l’uso pratico) e uno vetroso con elevata resistenza alla riduzione.

“Questo processo è utile per la produzione di quasi tutti i materiali solforati contenenti sodio, compresi elettroliti solidi e materiali attivi per elettrodi“, ha affermato il professor Sakuda. “Inoltre, rispetto ai metodi convenzionali, rende più semplice ottenere composti che mostrano prestazioni più elevate, quindi crediamo che diventerà una metodologia mainstream per il futuro sviluppo di materiali per batterie al sodio completamente allo stato solido“.  I risultati sono stati pubblicati su Energy Storage Materials and Inorganic Chemistry .

Un gruppo di scienziati della Lehigh University ha sviluppato un materiale dotato di una efficienza quantistica esterna di 90 punti percentuali sopra quella delle celle solari tradizionali

Nuovo materiale quantistico con un assorbimento solare medio dell’80%

Atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. Questa la ricetta messa a punto dai fisici Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma nei laboratori della Lehigh University, negli Stati Uniti, per dare una svecchiata alla prestazioni delle celle solari. Il duo di ricercatori ha così creato un nuovo materiale quantistico dalle interessanti proprietà fotovoltaiche. Impiegato come strato attivo in una cella prototipo, infatti, il nuovo materiale ha mostrato un assorbimento solare medio dell’80%, un alto tasso di generazione di portatori fotoeccitati e un’efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%. Secondo gli scienziati il risultato raggiunto supera di gran lunga il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio e spinge il campo dei materiali quantistici per il fotovoltaico a nuovi livelli. 

leggi anche Fotovoltaico in perovskite, i punti quantici raggiungono un’efficienza record

L’efficienza quantistica esterna

Tocca fare una precisazione. L’efficienza quantistica esterna non va confusa con l’efficienza di conversione, il dato più celebre quando si parla di prestazioni solari. L’EQE rappresenta il rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti ad una precisa lunghezza d’onda. 

Nelle celle solari tradizionali, l’EQE massimo è del 100%, tuttavia negli ultimi anni alcuni materiali e configurazioni avanzate hanno dimostrato la capacità di generare e raccogliere più di un elettrone da ogni fotone ad alta energia incidente, per un efficienza quantistica esterna superiore al 100%. Il risultato di Kastua e Ekuma, però, rappresenta un unicum nel settore.

Celle solari a banda intermedia

Per il loro lavoro due fisici sono partiti da un campo particolare della ricerca fotovoltaica. Parliamo delle celle solari a banda intermedia (IBSC – Intermediate Band Solar Cells), una tecnologia emergente che ha il potenziale per rivoluzionare la produzione di energia pulita. In questi sistemi la radiazione solare può eccitare i portatori dalla banda di valenza a quella di conduzione, oltre che direttamente, anche in maniera graduale. Come?  “Passando” per l’appunto attraverso stati di una banda intermedia, livelli energetici specifici posizionati all’interno della struttura elettronica di un materiale creato ad hoc. “Ciò consente a un singolo fotone di provocare generazioni multiple di eccitoni attraverso un processo di assorbimento in due fasi“, scrivono i due ricercatori sulla rivista Science Advances.

Nel nuovo materiale quantistico creato dagli scienziati della Lehigh University questi stati hanno livelli di energia all’interno dei gap di sottobanda ideali. Una volta testato all’interno di una cella fotovoltaica prototipale il materiale ha mostrato di poter migliorare l’assorbimento e la generazione di portatori nella gamma dello spettro dal vicino infrarosso alla luce visibile. 

La rivoluzione dei materiali quantistici

Il duo ha sviluppato il nuovo materiale sfruttando i “gap di van der Waals”, spazi atomicamente piccoli tra materiali bidimensionali stratificati. Questi spazi possono confinare molecole o ioni e gli scienziati dei materiali li usano comunemente per inserire, o “intercalare”, altri elementi per ottimizzare le proprietà dei materiali. Per la precisione hanno inserito atomi di rame tra strati di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. “Rappresenta un candidato promettente per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza di prossima generazione – ha sottolineato Ekuma – che svolgeranno un ruolo cruciale nell’affrontare il fabbisogno energetico globale“.