Celle solari: quali moduli solari offrono attualmente la migliore tecnologia e le maggiori prestazioni?

Lo sviluppo tecnico delle celle solari continua a progredire rapidamente. Ciò che ieri era ultramoderno e innovativo domani è spesso obsoleto. Il progresso tecnico rende i sistemi sempre più stabili ed efficienti, il che porta ad una crescente domanda di elettricità fotovoltaica. Ciò verrà probabilmente ulteriormente stimolato dalla legge sulla protezione del clima e dalla neutralità climatica a cui punta la Germania entro il 2045, motivo per cui nei prossimi anni si può prevedere una crescita significativa delle energie rinnovabili.

I diversi tipi di moduli solari svolgono un ruolo cruciale nell’efficienza della tecnologia fotovoltaica. In questo Paese sono soprattutto quattro i tipi di moduli che dominano l'impiego negli impianti fotovoltaici. Ti presenteremo i loro vantaggi e svantaggi, nonché le loro prospettive.

Moduli solari: quali tipi esistono?

I tipi di moduli fotovoltaici sono caratterizzati da differenze talvolta significative nella progettazione tecnica. Ciò significa che forniscono risultati molto diversi in termini di prestazioni, durata di utilizzo e costi. Di seguito vogliamo vederli più da vicino:

• Moduli vetro-vetro/doppio vetro
• Moduli policristallini
• Moduli monocristallini
• Moduli a film sottile
• Moduli CIS/CIGS

Con il modulo in vetro con tecnologia a celle bifacciali, la luce viene catturata sia sulla parte anteriore che su quella posteriore del modulo. Aumentando l’utilizzo della luce aumenta l’efficienza del modulo.

Adatto a:

• Celle solari a due superfici, bifacciali o bifacciali: informazioni interessanti sui moduli solari
• BSC – Celle solari bifacciali: Storia della cella solare bifacciale o a due superfici
• Moduli solari: moduli bifacciali/bifacciali per una maggiore efficienza e una maggiore efficacia luminosa – consulenza, progettazione e soluzioni

I moduli fotovoltaici policristallini, come i relativi moduli monocristallini, sono realizzati in silicio. Dopo che questa è stata sciolta, viene versata in stampi allungati e quadrati e lasciata raffreddare lentamente. Le strutture cristalline risultanti vengono suddivise in ulteriori fasi di produzione e scomposte in dischi che formano le celle solari policristalline. Visivamente sono caratterizzati dal loro sorprendente colore blu.

Questo processo ha il vantaggio di essere relativamente economico, motivo per cui i moduli fotovoltaici policristallini sono stati per lungo tempo tra le celle solari più utilizzate. La tecnologia è stata sperimentata e testata per molto tempo ed è quindi estremamente affidabile. Oltre alla bassa suscettibilità ai guasti, questo sistema ha anche una lunga durata. Il processo di produzione presenta però lo svantaggio che negli strati limite dei singoli cristalli si verificano delle sfocature. Ciò significa che l'efficienza di queste celle solari è solo nella fascia media, tra il 12 e il 16%. Ciò aumenta lo spazio richiesto e riduce l'efficienza.

Due ulteriori svantaggi che hanno in comune i moduli policristallini e monocristallini sono il peso relativamente elevato e la perdita di prestazioni in condizioni di illuminazione diffusa e temperature elevate.

Anche i moduli monocristallini sono realizzati in silicio. Contrariamente alla struttura policristallina, il silicio si scioglierà una seconda volta, che crea cristalli singoli a forma di colonna (quindi "mono"). Non soffrono di perdite di attrito che possono essere osservate nei moduli policristallini. Con le celle solari luccicanti dal blu scuro a nero, ciò porta a una maggiore efficienza fino al 20 %.

Oltre alla bassa sensibilità ai guasti e alla loro realizzazione collaudata da decenni, i moduli monocristallini si caratterizzano per il loro ingombro ridotto. Tuttavia, questi moduli sono relativamente costosi da produrre. A ciò si aggiunge il loro peso relativamente elevato e la loro ridotta efficienza in condizioni di scarsa illuminazione e temperature elevate.

In sintesi, entrambe le forme dei moduli cristallini funzionano in modo efficace. Tuttavia, sono relativamente pesanti, anche se i moduli solari monocristallini sono la scelta migliore quando lo spazio è limitato grazie alla loro maggiore efficienza. La loro maggiore efficienza ha fatto sì che spesso prevalessero sulle celle solari policristalline nonostante il loro prezzo più elevato.

Tuttavia, il prezzo inferiore fino a un terzo (per kWp) dei moduli policristallini garantisce che continuino a godere di grande popolarità, soprattutto negli impianti fotovoltaici più grandi senza limiti di spazio.

Come suggerisce il nome, i moduli a film sottile si caratterizzano per la loro profondità molto ridotta. I moduli a film sottile vengono tradizionalmente realizzati con semiconduttori in silicio amorfo. In questo sistema, un materiale di supporto, solitamente costituito da vetro, viene vaporizzato con uno strato sottile. Grazie a questo metodo di costruzione le celle solari a film sottile sono circa 100 volte più sottili dei due moduli solari costituiti da wafer di silicio.

Nella microelettronica, nel fotovoltaico e nella tecnologia dei microsistemi, i wafer sono dischi circolari o quadrati spessi circa un millimetro. Sono costituiti da pezzi grezzi singoli o policristallini (semiconduttori), i cosiddetti lingotti, e solitamente servono come substrato (piastra di base) per componenti elettronici, inclusi circuiti integrati (IC, "chip"), componenti micromeccanici o rivestimenti fotoelettrici. Nella produzione di componenti microelettronici, di solito più wafer vengono riuniti in un unico lotto e lavorati direttamente uno dietro l'altro o in parallelo.

Questo è anche uno dei maggiori vantaggi dei moduli a film sottile, perché il loro peso ridotto consente un utilizzo molto flessibile e versatile. Ecco perché da tempo questi moduli vengono utilizzati non solo nei grandi impianti fotovoltaici, ma anche per generare elettricità negli orologi e in altri piccoli apparecchi elettrici. Inoltre, grazie al basso fabbisogno di materie prime, i moduli a film sottile sono facili da produrre e poco costosi da produrre, il che ha dato un ulteriore impulso alla loro diffusione. Inoltre, la loro curva di prestazione non si appiattisce tanto in condizioni di illuminazione sfavorevoli come con i due moduli cristallini sopra menzionati.

Tuttavia, i moduli stretti hanno lo svantaggio di avere un’efficienza molto inferiore rispetto ad altre celle solari. Questa percentuale arriva fino al 7%, quindi il loro utilizzo negli impianti fotovoltaici richiede una notevole quantità di spazio. Per raggiungere una maggiore efficienza, i produttori sono passati alla produzione di moduli a film sottile con tellururo di cadmio (CdTe). Il principio di costruzione ha il vantaggio di un rendimento leggermente superiore fino all'8%. È particolarmente adatto per l'uso in aree con alti livelli di foschia e nebbia e luce diffusa. Tuttavia, gli utenti devono accettare prezzi più alti e, in caso di smantellamento, costi aggiuntivi per il riciclaggio più costoso del cadmio contenuto nei moduli. Nonostante l’aumento dei costi, l’uso di questo design modulare più efficace è ora in aumento.

Inoltre, molte aziende stanno attualmente ricercando moduli a film sottile fabbricati utilizzando solfuro e zolfo di rame-zinco-stagno (CZTS). Questo materiale semiconduttore ha il vantaggio rispetto alle tradizionali celle solari a film sottile di non dover utilizzare elementi rari e tossici nella sua costruzione. Tuttavia, probabilmente passerà del tempo prima che questa tecnologia sia pronta per la produzione di massa.

Questi moduli sono una forma speciale di celle solari a film sottile e sono attualmente il secondo tipo più comune in questo settore dietro la variante CdTe. Si basano sui composti diselenuro di rame-indio (CIS) o diselenuro di rame-indio-gallio (CIGS) e conducono l'elettricità molto meglio dei moduli a film sottile a base di silicio. La loro efficienza è compresa tra il 12 e il 15%, che equivale all'efficienza più alta tra le celle solari a film sottile. Inoltre subiscono poca perdita in condizioni di luce diffusa e temperature elevate e sono anche leggeri e poco soggetti a guasti.

Questi vantaggi sono controbilanciati dalla costosa produzione e dal complesso riciclo del selenio contenuto nei moduli. Inoltre, a causa dell'esistenza relativamente nuova di questi moduli, non esiste un'esperienza a lungo termine sulla durata del sistema. Ma è soprattutto il prezzo elevato a far sì che la produzione di queste celle solari ristagni da anni.

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