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Tecnologie e componenti emergenti nel settore fotovoltaico – Seconda parte

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Tecnologie e componenti emergenti nel settore fotovoltaico – Seconda parte

Il presente rapporto tecnico descrive l’attività di ricerca svolta dal CESI nel secondo semestre 2000 nell’ambito del progetto della ricerca di sistema denominato “Energie rinnovabili per il sistema elettrico” – “Energia solare fotovoltaica”. Il 2000 è stato un anno molto importante per il settore fotovoltaico. In primo luogo si sono svolte due conferenze internazionali di grande rilevanza per il livello tecnico del materiale presentato e per il numero di partecipanti: ricercatori, esperti, produttori, imprenditori si sono potuti confrontare su tutti gli argomenti di interesse per lo sviluppo del mercato. La prima Conferenza si è tenuta in Europa, a Glasgow, nel mese di maggio, la seconda in America, ad Anchorage, nel mese di settembre. In secondo luogo, i programmi nazionali di supporto alla diffusione del fotovoltaico promossi da Germania, Giappone, Stati Uniti hanno trovato concreta attuazione, con il risultato che il mercato fotovoltaico legato alla produzione di moduli, un mercato di nicchia se valutato in termini di valore economico, è risultato inadeguato a soddisfare le richieste. In pratica la disponibilità di moduli è allo stato attuale, quasi nulla perché tutta la produzione è destinata a soddisfare le richieste provenienti da queste mercati assistiti.. Purtroppo in Italia il programma dei “Tetti Fotovoltaici” non è ancora partito anche se a breve ciò dovrebbe avvenire: l’industria italiana oggi esporta larga parte della pur modesta produzione nazionale, che può essere stimata in alcuni MW. Ciò premesso, si è ritenuto opportuno aprire il rapporto con un primo breve capitolo destinato a riassumere i fatti più eclatanti emersi durante lo svolgimento della Conferenza IEEE di Anchorage. Poiché si è trattato di una conferenza a forte orientamento tecnologico, i tre temi più dibattuti sono stati: la tecnologia di celle e moduli, con attenzione rivolta ai risultati di efficienza raggiunti dai film sottili e dalle celle ibride al silicio, all’aumento delle dimensioni delle celle, alle applicazioni delle nuove tecnologie in moduli prodotti commercialmente, le facilities di produzione installate durante il 2000 o in corso di installazione in varie parti del mondo, tema importante per capire dove si sta orientando il mercato; i programmi nazionali di incentivazione delle applicazioni fotovoltaiche, quasi sempre legate ad installazioni del tipo BIPV (Building Integrated Photovoltaic). Il secondo capitolo integra e completa l’analisi sulle tecnologie emergenti già impostata nel rapporto pubblicato a fine giugno 2000, anche alle luce dei risultati raggiunti da aziende e laboratori di ricerca nel mondo alla fine dell’anno 2000. Dopo avere dedicato molto spazio nel primo rapporto al materiale fotovoltaico per eccellenza, il silicio, mono e policristallo, particolare attenzione è stata rivolta ai materiali innovativi che si stanno guadagnando, giorno dopo giorno, la fiducia dei ricercatori e degli esperti fotovoltaici in genere. Si tratta dei cosiddetti film sottili di nuova generazione tra i quali si possono citare: il Silicio amorfo (a-Si) in configurazione a multigiunzione, il Diseleniuro di indio (CIS/CIGS), il Telloruro di Cadmio (CdTe). Poiché l’obbiettivo finale è lo sfruttamento dell’energia fotovoltaica quale sorgente alternativa di energia elettrica, celle solari basate su materiali semiconduttori depositati in strati molto sottili (spessori dell’ordine del micron) appaiono una opzione credibile per tentare di ridurre i costi dei moduli che rappresentano una fetta consistente del costo totale di un sistema fotovoltaico. Comunque, dato che lo sviluppo di moduli a film sottile richiede l’uso di nuovi materiali, parecchie barriere tecniche devono essere superate, specie nell’area della stabilità outdoor e della resa nel processo costruttivo. La tecnologia a film sottile potrebbe inoltre contribuire a risolvere la limitazione legata alle difficoltà di

approvvigionamento del silicio, in quanto i film hanno spessore ridotto e comportano un consumo di materiale molto modesto. Per valutare le varie tecnologie a film sottili, si sono individuati dei criteri guida, schematizzati da voci quali i costi, l’applicabilità, la sostenibilità, i tempi di pay-back, tutti poi riassunti nel concetto di maturità e prospettiva a breve della tecnologia. Tecnologia per tecnologia, alcune tabelle e grafici riassumono le prestazioni massime oggi raggiunte da dispositivi destinati all’uso terrestre, non trascurando le celle basate sui semiconduttori del gruppo III-V che oggi detengono il record assoluto di efficienza (32.5%) per dispositivi fotovoltaici: queste celle, progettate all’origine per applicazioni spaziali, possono essere utilizzate opportunamente nei sistemi ad alta concentrazione (1000 soli) e sono una possibile via per raggiungere i livelli di costi di sistema necessari a rendere competitiva la generazione fotovoltaica. Completa il capitolo l’introduzione di un nuovo concetto che sta riscuotendo molto interesse, il Termofotovoltaico. La conversione di energia termofotovoltaica (TPV) implica la trasformazione diretta di calore infrarosso in elettricità. Si tratta di un processo concettualmente simile al fotovoltaico con la differenza che la sorgente di calore è un radiatore artificiale (e non il sole) ad una temperatura più bassa. Possibili sorgente di calore includono energia solare concentrata, la combustione di vari combustibili e il decadimento nucleare. Il terzo capitolo, che introduce alla parte sperimentale dell’attività, descrive il progetto e la realizzazione del nuovo sistema di acquisizione dati che è stato installato nella seconda metà dell’anno presso il campo prove fotovoltaico di Adrano. Il campo prove, che consiste di una quindicina di impianti di varia tipologia e taglia era già collegato ad un sistema di acquisizione realizzato alla fine degli anni ’80, molto rigido, e non più in grado di soddisfare le esigenze in termini di velocità e precisione delle misure e di trasmissione dei dati e controllo a distanza degli impianti, che sono regolarmente collegati allea rete elettrica. Le misure di potenza di picco, di energia generata per giorno/mese/anno, di insolazione, sono normalmente effettuabili per ogni impianto ed è immediato rilevare dei fuori servizio o dei guasti di componenti molto critici, quali gli inverters. Il monitoraggio del campo è oggi completo ed è possibile una sua espansione qualora si renda necessario installare nuovi sistemi. per sperimentazioni varie. Sempre legata alla sperimentazione sul campo è l’attività, descritta nel quarto capitolo, svolta all’interno del progetto Joule denominato “PRIDE”, che ha portato alla realizzazione, al testing e al monitoraggio di due sistemi molto avanzati progettati per essere utilizzati come prefabbricati per tetti di edifici. I due impianti sono caratterizzati da potenza dell’ordine di 1600 e 400 W rispettivamente e fanno entrambi uso di moduli Shell al silicio di ultima generazione; il sistema da 400 W usa moduli in AC, cioè con un piccolo inverter incorporato che permette il collegamento diretto del modulo alla rete. Questi impianti sono stati provati in condizioni operative difficili per le elevate temperature e sono stati confrontati con impianti tradizionali disponibili nel campo prove, rivelando un buon comportamento in termini di resa elettrica I principali risultati raggiunti a conclusione della fase sperimentale e di valutazione tecnica ed economica, possono essere così sintetizzati: 1. l’installazione del prefabbricato in oggetto genera un costo di BOS (costo del sistema esclusi i moduli) pari a 3.13 Euro, un valore del 12% inferiore ai costi ritenuti tipici per integrazione di fotovoltaico negli edifici (4.03 Euro) 2. eccellente comportamento del prodotto, denominato UNISOLE, ai tests indoor e outdoor 3. un tetto PV garantito a tenuta d’acqua; 4. una più alta tolleranza sulle dimensioni dei componenti rispetto alle tecniche standard utilizzate oggi per montare sistemi fotovoltaici sui tetti, che è essenziale per facilitare l’integrazione nei processi di costruzione degli edifici. Link al documento di riferimento: Link A0-042563.

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