L’attività descritta nel presente rapporto è stata svolta nell’ambito della Ricerca per il Sistema Elettrico Italiano nel periodo 1/1/2002 – 31/12/2002 e si riferisce al progetto ”Energie Rinnovabili per il sistema Elettrico” – tematica “Energia solare fotovoltaica”. Il tema trattato ha riguardato la sperimentazione di moduli fotovoltaici a film sottile di due diversi materiali: moduli a tripla giunzione in amorfo (a-Si) e moduli al diseleniuro di indio e rame (CIS/CIGS). L’obiettivo dell’attività era evidenziare il comportamento nel tempo dei moduli fotovoltaici esposti alla luce solare, installati in sistemi connessi alla rete. Sono stati realizzati due campi da 1 kW ciascuno e si sono valutati i fenomeni di degradazione sul medio e lungo termine, (rispettivamente 6 mesi e 12 mesi), che caratterizzano negativamente le prestazioni dei moduli a film sottile di qualunque tipologia, quando esposti alla luce solare. A seguito dell’approvvigionamento di due forniture da 1 kW di moduli fotovoltaici, provenienti da BP Solar/Solarex e Siemens Solar, e dei componenti necessari, quali strutture di sostegno, inverters, sistemi di misura e acquisizione dati, alla fine del 2001 risultavano finalmente installati 2 campi fotovoltaici. Anche se le quantità di moduli oggetto della prova sono relativamente ridotte, trattandosi di due lotti da 24 e 25 moduli rispettivamente, si è ritenuto opportuno definire in via preliminare una specifica di fornitura, dedicata in maniera particolare ai moduli a film sottile, per garantire il potenziale acquirente in merito alle caratteristiche tecniche, alle prestazioni elettriche e alla durata nel tempo dei moduli, nonché agli aspetti economico-commerciali legati al reale costo del watt acquistato e alle formule di garanzia adottate. Per fare questo, si sono identificate delle prove di tipo semplificate che il cliente può effettuare presso propri laboratori o laboratori certificati oppure presso il costruttore stesso. Tutto il quadro normativo per la qualifica dei moduli al silicio cristallino è rappresentato dalla normativa IEC 1215 ma molte procedure ivi descritte non sono applicabili ai moduli a film sottile ed hanno richiesto opportune modifiche e adattamenti. In secondo luogo sulla base dell’esperienza CESI, maturata nella realizzazione di centinaia di impianti, e sulla valutazione della più recente normativa pubblicata, si sono definiti i tests da effettuare sui moduli in laboratorio (prove indoor), e le prove in esterno (outdoor). A questo proposito tutti i moduli, identificati attraverso matricola o numero di serie, sono stati caratterizzati singolarmente e si sono effettuati i controlli dimensionali, le prove di resistenza e di isolamento, le prove dei diodi di by-pass.

Infine, prima dell’installazione definitiva dei moduli sul campo, 4 moduli (2 BP SOLAREX, 2 Siemens) sono stati caratterizzati attraverso simulatore flash presso una azienda specializzata di Milano. Queste misure, necessarie per calibrare i moduli di riferimento, permettono in seguito il confronto continuo delle prestazioni dei moduli esposti rispetto alle prestazioni dei moduli mantenuti al buio al fine di evitare ogni sorta di fenomeni di invecchiamento. Parallelamente all’attività di laboratorio, individuata l’area, internamente al CESI, dove installare i due sistemi, sono state progettate le strutture di sostegno trovando una soluzione molto semplice ed efficace per permettere l’assemblaggio e il disassemblaggio dei moduli in maniera rapida e l’adattamento della strutture a moduli di forma e misure diverse da quelle originali previste in fase di progetto. In totale sono stati predisposti 6 cavalletti di sostegno. I moduli utilizzati per la sperimentazione sono i seguenti: Modulo BP SOLAREX. Millennia MST 50 MVR a film sottile di amorfo Modulo Siemens ST40 a film sottile al Diseleniuro di Indio e Rame (CIS) Per completare la panoramica sui film sottili si è cercato di reperire sul mercato alcuni moduli al CdTe (Telloruro di Cadmio) ma non è stato possibile individuare un fornitore disponibile a consegnare neppure una modesta quantità di moduli realizzati con tale tecnologia nonostante esistano almeno 5 diversi produttori che dichiarano di essere in grado di produrre tali moduli: tra questi, BP SOLAREX, che a fine 2001 comunicava di avere operativa in America una fabbrica da 5 MW di moduli CdTe, denominati APOLLO. In realtà, la tecnologia del CdTe è ancora relativamente immatura, ma i recenti risultati in termini di prestazioni, quali il record di efficienza di 16.5% ottenuto nel 2001 su cella singola e efficienze maggiori del 10.5% su moduli di grande taglia, confortano sui tempi di messa in produzione e commercializzazione. A metà del periodo di sperimentazione, luglio 2002, è stato possibile acquisire due moduli in amorfo di diversa struttura rispetto a quelli oggetto della prova, denominati LSU e prodotti dall’azienda giapponese Kaneka. I moduli, sono stati inseriti nella sperimentazione in corso e successivamente valutati su un periodo di 6 mesi. I risultati delle prove hanno evidenziato significativi degradi delle prestazioni dei moduli: i moduli CIS mostrano una riduzione di potenza, calcolata rispetto alla potenza iniziale P0 tra 10 e15% dopo un anno di esposizione, mentre i moduli in amorfo perdono nelle stesse condizioni tra 12 e 20%. Questi valori appaiono molto elevati e rappresentano oggi un forte impedimento alla diffusione dei moduli in film sottile. Ciò nonostante, le prospettive di riduzione di costo dei moduli e gli sforzi di ricerca tesi a migliorare le prestazioni e l’affidabilità degli stessi, rendono positive e concrete le aspettative della comunità fotovoltaica. Il prossimo decennio sarà decisivo per l’affermazione sul mercato delle tecnologie a film sottile.