Gli incapsulanti per fotovoltaico sono sottili strati polimerici trasparenti che rivestono le celle solari, proteggendole dagli agenti esterni e garantendo stabilità meccanica. Storicamente l’EVA (etilene vinil acetato) è stato il materiale più diffuso grazie a trasparenza, adesione e resistenza ai raggi UV. Tuttavia, la sua struttura molecolare porta, durante l’invecchiamento, alla formazione di acido acetico con conseguente corrosione dei componenti e perdita di efficienza. Per questo motivo una nuova ricerca ENEA ha studiato alternative a base di poliolefine elastomeriche (POE) e termoplastiche (TPO), scoprendo che risultano migliori in termini di prestazioni e resistenza a lungo termine.
Cosa sono la TPO e la POE?
Al contrario dell’etilene vinil acetato, polimero termoindurente, gli incapsulanti a base di poliolefine possono essere termoindurenti o termoplastici.
I primi, le POE per l’appunto, richiedono un processo di polimerizzazione simile all’EVA e risultano più adatti all’incapsulamento di pannelli fotovoltaici in silicio cristallino.
Le TPO, invece, fondono durante il processo, risultano più facilmente riciclabili e sono destinate principalmente ai moduli fotovoltaici a film sottile.
Sulla carta presentano caratteristiche chimiche e termiche in grado di renderle più ecocompatibili rispetto all’EVA, migliorando la durata e la stabilità a lungo termine dei pannelli. Tuttavia nella pratica si conosce ancora troppo poco dei danni causati dai raggi ultravioletti (UV) ai moduli realizzati con POE e TPO. Un gap di conoscenze risanato oggi dai ricercatori ENEA.
Efficienza dei moduli e trasparenza UV degli incapsulanti per fotovoltaico
Uno degli aspetti chiave riguarda la trasparenza ai raggi ultravioletti. Gli incapsulanti tradizionali spesso contengono additivi che bloccano la radiazione ultravioletta, prevenendo danni ma riducendo la quantità di luce disponibile per la cella.
I nuovi film incapsulanti studiati da ENEA trasmettono invece l’intero spettro solare, consentendo un incremento di potenza dei moduli superiore all’1% rispetto ai materiali convenzionali. La sfida resta, dunque, mantenere questa trasparenza senza comprometterne la stabilità a lungo termine.
I test ENEA sulla durabilità dei pannelli solari
Il Laboratorio Dispositivi Innovativi del Centro Ricerche ENEA di Portici (Napoli) ha confrontato EVA, POE (poliolefina elastomerica) e TPO sottoponendo mini-dispositivi fotovoltaici fino a 6000 ore di irraggiamento e ad una dose UV pari a 1800 kWh/m².
Le differenze sono state nette: l’EVA ha mostrato una perdita di corrente di cortocircuito pari all’1,4%, la POE dell’1,1% mentre la TPO solo dello 0,2%, confermandosi il più resistente alla degradazione.
I dati sono stati pubblicati sulla rivista internazionale Polymer Degradation and Stability.
Analisi di laboratorio sull’invecchiamento accelerato degli incapsulanti per fotovoltaico
Lo studio ha previsto analisi spettroscopiche (UV-vis, FTIR, Raman), diffrazione a raggi X e microscopia elettronica. I test hanno evidenziato come i tre materiali subiscano modifiche strutturali diverse: la POE è risultata meno stabile chimicamente, mentre la TPO ha mantenuto costanti le proprie proprietà ottiche e morfologiche.
Nei mini-moduli fotovoltaici, il decadimento delle prestazioni è stato più marcato per l’EVA (−8% di efficienza), minore per la POE (−6%) e contenuto per la TPO (−5,4%). Questi dati rafforzano l’ipotesi che le poliolefine rappresentino una valida alternativa all’EVA.
Implicazioni per l’industria solare degli incapsulanti in TPO ed EPO
La ricerca ENEA condotta da Valeria Fiandra, ricercatrice del Laboratorio Dispositivi Innovativi del Dipartimento ENEA Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili e coautrice dello studio, dimostra che la scelta dell’incapsulante influenza direttamente durabilità dei pannelli solari ed efficienza complessiva dell’impianto. Le poliolefine offrono stabilità termica e chimica, contribuendo a ridurre i rifiuti e favorendo una maggiore sostenibilità in ottica di economia circolare. I risultati forniscono alle aziende del settore criteri di selezione per migliorare la progettazione dei moduli, con l’obiettivo di garantire prestazioni oltre i 25 anni di vita utile. (A.P.)
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