Un nuovo progresso nella tecnologia fotovoltaica è stato compiuto a Friburgo (Germania), dove il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) ha presentato un pannello solare microconcentratore (micro-CPV) in grado di raggiungere un’efficienza di conversione fino al 36% in condizioni controllate e di superare il 31% nei test all’aperto. Questo sviluppo, diffuso dalla rivista IEEE Spectrum, promette di migliorare il rendimento energetico rispetto ai pannelli solari convenzionali e di ridurre sia i costi di produzione che l’impatto ambientale associato alla produzione di energia solare.
Pannello solare microconcentratore: efficienza e design innovativo
Il pannello micro-CPV progettato dal Fraunhofer ISE rappresenta un’evoluzione significativa rispetto ai pannelli solari tradizionali. Mentre i modelli commerciali attuali raggiungono efficienze comprese tra il 19% e il 24%, il nuovo design ha dimostrato di estrarre circa il 50% in più di energia dal sole.
Inoltre, questo miglioramento è dovuto alla capacità del sistema di concentrare la luce solare su una superficie molto più piccola, utilizzando una matrice di lenti e chip fotovoltaici di dimensioni inferiori al millimetro. Il prototipo testato consiste in un modulo di circa 200 centimetri quadrati, organizzato in una matrice di 10 per 6 celle, anche se il team ha sviluppato anche versioni di dimensioni standard per l’industria.
Il design tecnico del pannello si basa su materiali e processi a basso costo, che lo differenziano dai precedenti tentativi nella stessa direzione. I ricercatori hanno utilizzato substrati di vetro per le piastre dei circuiti stampati e hanno assemblato i moduli fotovoltaici con macchine di montaggio rapido, comunemente utilizzate nell’industria dei display.
Le lenti concentratrici, realizzate in silicone su vetro, consentono di focalizzare la luce solare in modo efficiente e di mantenere l’allineamento ottico anche in caso di variazioni di temperatura, grazie alla compatibilità termica dei materiali.
I chip fotovoltaici, a cinque giunzioni e di dimensioni comprese tra 885 x 685 micrometri e 1.127 x 927 micrometri, sfruttano diverse lunghezze d’onda della luce solare, aumentando la cattura di energia. Inoltre, l’uso di chip di dimensioni maggiori facilita l’assemblaggio e riduce la necessità di un allineamento preciso, semplificando la produzione.
Il sistema micro-CPV raggiunge efficienze superiori al 31% nei test all’aperto, superando i pannelli convenzionali (Fraunhofer ISE)
Risultati dei test con vantaggi ambientali
Durante i test, il pannello è stato montato su un sistema di tracciamento a doppio asse per garantire che le lenti concentrassero costantemente la luce solare diretta. A differenza dei modelli precedenti, che richiedevano sistemi di raffreddamento attivi e presentavano problemi di degrado e scolorimento, il nuovo pannello ha dissipato il calore in modo passivo grazie al substrato di vetro, senza che si osservassero danni o perdite di rendimento dopo un anno di esposizione all’aria aperta.
I risultati dello studio, pubblicati su IEEE Journal of Photovoltaics e riportati da IEEE Spectrum, mostrano che il pannello ha raggiunto un’efficienza del 36% in condizioni di prova standard per i concentratori e ha mantenuto valori medi compresi tra il 31,4% e il 33,6% in condizioni reali.
Uno degli aspetti più significativi di questo progresso è la drastica riduzione dell’uso di costosi materiali semiconduttori. Il team stima che il suo design richieda meno di un millesimo di questi materiali rispetto ai pannelli convenzionali.
Henning Helmers, capo del dipartimento Fotovoltaica III-V e Tecnologia dei Concentratori del Fraunhofer ISE, ha spiegato su IEEE Spectrum che la combinazione di componenti miniaturizzati, produzione additiva, processi paralleli e autoallineamento promette una significativa riduzione dei costi per la tecnologia CPV, oltre a diminuire il consumo di energia e risorse. Inoltre, ciò potrebbe tradursi in un minore impatto ambientale durante l’intero ciclo di vita del prodotto rispetto ad altre soluzioni fotovoltaiche.
Il nuovo tipo di pannello dissipa il calore in modo passivo e mantiene le sue prestazioni dopo un anno di esposizione.
Sfide di competitività e commercializzazione
Tuttavia, la fattibilità economica del nuovo pannello è oggetto di dibattito. Jenny Chase, analista di energia solare presso BloombergNEF, ha avvertito che i materiali semiconduttori sono attualmente economici e che il sistema di tracciamento a doppio asse aggiunge un costo considerevole all’installazione. Questa osservazione introduce cautela riguardo alla competitività del micro-CPV rispetto alle tecnologie solari già consolidate e a basso costo.
Con l’obiettivo di portare questa innovazione sul mercato, il team del Fraunhofer ISE ha promosso la creazione di Clearsun Energy, una società spin-off che cercherà di commercializzare la tecnologia ed esplorarne il potenziale nell’industria solare globale.