produzione di energia elettrica con sistemi a celle ... - Il Saturatore

cenni introduttivi
Come si dirà in seguito, le celle fotovoltaiche possono essere usate in varie applicazioni
di rilievo anche nel resto del Mondo, oltre che nei settori residenziali (civile e terziario)
ove, a parte le attuali applicazioni dimostrative potrebbero avere ulteriori sviluppi.
Con tali ipotesi il futuro ruolo dell’energia elettrica prodotta con celle fotovoltaiche
potrebbe essere di rilievo portando ad una apprezzabile aliquota di energia elettrica
prodotta in modo decentrato. Tale prudente affermazione potrebbe però essere più
ottimistica, ove si sviluppassero nuove filiere tecnologiche innovative.
L’effetto fotovoltaico fu scoperto da Becquerel nel 1839, la prima cella fotovoltaica di
silicio monocristallino fu realizzata a scopo dimostrativo nel 1953, la teoria relativa al
funzionamento fu ben compreso, però, solo alla fine degli anni cinquanta.
Da allora le tecniche per la produzione di celle con il silicio monocristallino hanno avuto
un progressivo sviluppo. Oggi la fabbricazione di celle fotovoltaiche c-Si si può definire
un processo di produzione tecnologicamente maturo. Anche se il costo dei moduli
fotovoltaici è ancora troppo alto, perché la produzione di energia elettrica con celle
fotovoltaiche possa competere con gli altri sistemi di generazione dell’energia elettrica, la
scelta dei sistemi fotovoltaici risulta economica e vantaggiosa in parecchie applicazioni
nel settore residenziale, in certe applicazioni del settore terziario ed in altre specifiche
applicazioni.
Per ridurre il costo dei moduli, nel Mondo sono in corso molte ricerche in gran parte
dedicate allo sviluppo di celle a “thin film” (spessore sottile).
Le celle si ottengono da un film di silicio amorfo depositato su un substrato (a-Si), le
prime esperienze si sono avute nel 1984, dopo circa venti anni, comunque, non si ha
ancora un quadro tecnico completo del loro funzionamento.
Analoga situazione si ha per le celle a film sottile al telluriuro di cadmio o al diseleniuro
di rame-indio. Nelle ricerche sono state adoperate elaborate tecniche sperimentali per
migliorarne le prestazioni. La struttura delle celle, è infatti, molto complessa e, non
disponendo ancora di un soddisfacente quadro teorico, i miglioramenti ottenuti si
basano su osservazioni empiriche.
Le tecnologie più sperimentate sono:
- quelle delle celle al silicio monocristallino (c-Si) che danno rendimenti del 7÷8%,
hanno oggi raggiunto valori del 12÷15%
- quelle delle celle al silicio policristallino (poly-Si), che danno rendimenti del 6÷7%,
hanno oggi raggiunto valori del 11÷13%
- quelle del silicio amorfo (a-Si), che danno rendimenti del 2÷3%, hanno oggi
raggiunto valori del 6÷9%, ma, ma per quest’ultimo tipo il vero problema da
risolvere è quello del controllo del degrado che subiscono nel tempo e che è indotto
dalla radiazione luminosa.
Il panorama delle tecnologie in corso di sviluppo è molto ampio.
La ricerca tecnologica riguarda sia i materiali che le tecniche di lavorazione per la
fabbricazione delle celle e del loro assemblaggio per formare i sistemi ottenuti
combinandoli in serie-parallelo.
Per le celle di tipo a) si utilizza, per la loro fabbricazione, il silicio monocristallino
ottenuto come sottoprodotto della produzione per l’industria dei semiconduttori e dei
chips elettronici. Ciò lega la sorte economica delle celle agli alti e bassi economici
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Walter Morgano Tesi di Dottorato di Ricerca