Impianto fotovoltaico: tecnologie da record

Per migliorare l’efficienza dell’impianto fotovoltaico le Università di Pavia e di Dresda sperimentano la perovskite. Si tratta di una tecnologia con prestazioni da record e ottime prospettive di impiego su larga scala anche in edilizia. Buone notizie quindi in vista della transizione ecologica e degli obblighi sulle rinnovabili.

Nuove tecnologie per l’impianto fotovoltaico: cosa sono le celle in perovskite

La perovskite è un minerale a struttura cristallina a base di titanato di calcio. La sua denominazione discende dal grande collezionista di minerali russo Lev Perovskij e venne attribuito a dei cristalli opachi di forma cubica rinvenuti nel 1839 sui monti Urali.

Impianto fotovoltaico da record con la perovskite grazie a un progetto congiunto tra Università di Pavia e di Dresda.
Impianto fotovoltaico da record con la perovskite grazie a un progetto congiunto tra Università di Pavia e di Dresda.

Si tratta di un particolare tipo di celle FV che impiegano come struttura captante un cristallo di struttura perovskitica.
Su questo minerale cristallino, a partire dal 2009, si è concentrata un’intensa attività di ricerca, condotta in particolare dall’Università degli Studi di Pavia in partenariato con l’Università Tecnica di Dresda. L’obiettivo degli studi è raggiungere un’elevata efficienza energetica con costi di produzione contenuti. Questi infatti sono i presupposti per un impiego a larga scala delle fonti rinnovabili. Impiego che, ricordiamo, è diventato ormai impellente alla luce del recente Decreto Rinnovabili Red II.

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Perché la struttura perovskitica è così adatta a produrre pannelli fotovoltaici in larga scala? Perché possiede queste tre fondamentali caratteristiche molto appetibili sul piano industriale:

  • alta efficienza
  • basso costo produttivo
  • eccellente lavorabilità.

Celle fotovoltaiche in perovskite: la soglia record del 30% di efficienza

In pochi anni, queste celle hanno registrato risultati estremamente rilevanti, addirittura migliori rispetto alle celle organiche ed a quelle costituite da materiali ibridi. Nel 2017 sono arrivate a rendimento massimo raggiungibile del 29.5%.
Per questa ragione le celle perovskitiche rappresentano la tecnologia solare fotovoltaica con maggiori potenzialità di sviluppo.
Purtroppo però il passaggio alla produzione in serie non è ancora stato possibile. Ci sono stati infatti, in sede sperimentale, di problemi di degrado anomali. Si sono registrate perdite fino all’80% dell’alta efficienza iniziale già solo nelle prime 500h di funzionamento.

Università di Pavia e Dresda insieme per risolvere le criticità

Oltre al decadimento prestazionale, ci sono altri due problemi da affrontare:

  • la presenza del piombo, materiale tossico ed inquinante;
  • la difficoltà di aggregare il cristallo per costituirne strati estesi.

I due atenei, Pavia e Dresda, hanno quindi sperimentato dispositivi più efficienti fabbricati nella cosiddetta architettura standard. In questa tecnologia lo strato attivo perovskitico è depositato su un layer di trasporto degli elettroni di biossido di titanio o di diossito di stagno. Esiste inoltre una struttura detta ad architettura invertita. In questo caso l’ordine degli strati di estrazione della carica è disposto esattamente al contrario. Ed è così che arriviamo al fotovoltaico da record in perovskite. Quest’ultima versione ha eliminato la necessità di lavorazione ad alta temperatura, portando però ad un’efficienza dell’impianto fotovoltaico di poco inferiore all’architettura standard.

Stabilità e prestazioni senza compromessi per il fotovoltaico

In sintesi, i ricercatori italo-tedeschi hanno sviluppato un metodo innovativo per realizzare celle fotovoltaiche ad architettura invertita ma anche ad alta efficienza. Sono così riusciti ad aggregare i cristalli in strati sufficientemente estesi per realizzarne pannelli solari che potrebbero essere benissimo impiegati in architettura.

Il processo testato dal team di Pavia-Dresda si basa su una modifica delle interfacce dello strato attivo perovskitico che prevede l’aggiunta di piccole quantità di sali di alogenuro organico sia sul lato inferiore che in quello superiore. L’integrazione dei sali ha ridotto i difetti strutturali anche su scala micrometrica e ne ha aumentato l’efficienza. Sono quindi giunti al 23,7% di conversione della luce in elettricità. Si tratta del valore più alto mai registrato da una cella perovskitica ad architettura invertita!

Impianto fotovoltaico: le prospettive per gli NZEB alla luce del D.Lgs RED II.

Nel futuro prossimo, anche alla luce del recentissimo Decreto RED II, ci aspettiamo che questa tecnologia prenda piede in edilizia. Siamo di fronte ad un processo ormai avviato di transizione ecologica. Il fotovoltaico è senz’altro in prima linea come rinnovabile più adatta alle caratteristiche meteoclimatiche e geomorfologiche d’Italia. Inoltre la produzione energetica da rinnovabili, ed il FV in particolare, rientrano nelle attività considerate “sostenibili” dall’UE, come emerge dal Regolamento 4 Giugno 2022, n. 2021/2139/UE.

Non basta però adottare criteri progettuali efficienti ed attenersi alle normative per progettare l’impianto fotovoltaico. E’ infatti necessario possedere strumenti semplici, accurati ed efficienti. TERMOLOG è il software per progettare l’impianto fotovoltaico in funzione dei consumi reali. Effettua l’analisi economica a partire dalle bollette. In base ai carichi elettrici dell’edificio permette di sfruttare tutti gli incentivi fiscali ed i bonus economici disponibili, a partire dal Superbonus.

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Fabrizio Dellacha'
Fabrizio Dellachà

Ingegnere Edile/Architetto, laureatomi presso l’Università degli Studi di Pavia.
Svolgo l’attività di libero professionista, sono CTU presso il foro Alessandrino e mi dedico alle tematiche energetiche, all’impiantistica, alle fonti rinnovabili ed alla sostenibilità in edilizia.
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