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Cambiare il modo in cui produciamo i pannelli solari potrebbe ridurre le loro emissioni di carbonio

05 ottobre 2020
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Il team di ricerca del professor Fengqi You della Cornell University, nello stato di New York, ha analizzato l’impatto ambientale complessivo di un nuovo tipo di pannelli solari, realizzati con due strati di perovskite (un minerale di titanato di calcio che prende il nome dallo statista russo e collezionista di minerali L. A. Perovskij), confrontandoli con quelli prodotti usando silicio cristallino, la maggior parte dei pannelli fotovoltaici oggi in commercio. Ne è risultato che il nuovo modello, prodotto in maniera diversa rispetto a quello tradizionale, inquina meno ed è, quindi, ancora più sostenibile: si tratta di un’importante novità che potrebbe fare ulteriormente avanzare la tecnologia del fotovoltaico, una delle fonti di energia rinnovabile più sostenibili al momento disponibili.

L’interesse per l’ambiente e la sostenibilità è ricorrente nel lavoro del professor You, che è docente di Ingegneria dei Sistemi Energetici alla Cornell University, oltre a essere uno dei responsabili dei corsi di dottorato Cornell Systems Engineering e direttore associato del Cornell Energy Systems Institute. Tra le ricerche da lui firmate, infatti, diverse hanno come focus i pannelli solari e le energie rinnovabili, i biocarburanti, l’agricoltura digitale, i metodi di irrigazione intelligente e, in generale, le possibili applicazioni ingegneristiche per mitigare la crisi climatica.

I risultati raggiunti dal team di ricerca del professor You – che sono stati pubblicati il 31 luglio scorso su Science Advances con il titolo di Life-cycle energy use and environmental implications of high-performance perovskite tandem solar cells – prospettano una svolta importante nel segno della sostenibilità ambientale degli edifici. I pannelli solari si sono diffusi per lo più negli ultimi dieci anni, mentre quelli di perovskite vengono realizzati da appena un paio d’anni e non sono ancora disponibili al pubblico, ma l’analisi della loro efficienza ne accelererà probabilmente la commercializzazione, anche perché sono economicamente più convenienti, oltre che migliori per l’ambiente.

Il nuovo tipo di pannello, chiamato “tandem perovskite-perovskite”, è costituito da due strati di perovskite posti l’uno sull’altro, ciascuno dei quali ottimizzato per assorbire una certa sezione dello spettro elettromagnetico. Al contrario, i pannelli tradizionali sono realizzati in silicio cristallino, largamente impiegato in elettronica, tanto che gli ultimi 50 anni di storia sono stati definiti “l’era del silicio”; nella realizzazione di pannelli solari questo è spesso nella forma del meno costoso silicio policristallino, che, a differenza di quello monocristallino, utilizzato per lo più in elettronica e microcircuiti, può presentare microscopiche imperfezioni e impurità, tollerate entro certi limiti nelle celle fotovoltaiche.

Lo studio della Cornell University ha confrontato il ritorno energetico (energy payback time) – cioè il tempo che un pannello impiega a produrre l’energia necessaria a realizzarlo – di questi due modelli. Di norma, nel caso dei pannelli in silicio il ritorno energetico è di circa un anno e mezzo, mentre nel pannello tandem perovskite-perovskite è di appena 0.35 anni, cioè circa 4 mesi. Inoltre, quest’ultimo risulta anche meno inquinante, poiché produce 10.69 grammi di anidride carbonica per kilowattora di energia generata, appena il 43% circa di quella prodotta dai tradizionali modelli.

Un ulteriore vantaggio dei pannelli tandem è che sono flessibili, caratteristica che consente di installarli su praticamente qualsiasi tipo di superficie, comprese auto e biciclette, come sottolinea il prof. You. Con l’aumento della produzione e la diffusione su scala sempre più larga, poi, c’è da aspettarsi una maggiore convenienza anche in termini economici. Sul piano dei “contro” c’è apparentemente la minore durata dei pannelli del nuovo modello, ma la facilità con cui le loro componenti si possono recuperare potrebbe pareggiare il bilancio. Mentre la fase di smantellamento – proprio come quella di produzione – dei tradizionali pannelli in silicio richiede molta energia, infatti, il modello in perovskite è conveniente anche una volta concluso il ciclo vitale delle celle solari, che possono essere riciclate facilmente. “Quando i pannelli solari in silicio raggiungono il termine del loro ciclo vitale d’efficienza, vanno sostituiti”, spiega You: nel caso del silicio è come sostituire un’automobile quando non funziona più, mentre la sostituzione dei pannelli in perovskite è paragonabile all’installazione di una nuova batteria.

Come  ha spiegato il professor You, “Il nostro studio è […] un tentativo di trovare un fotovoltaico più sostenibile”. Nel complesso, l’efficienza e il risparmio in termini di energia e sostanze inquinanti consentito dal nuovo modello di pannello solare rappresentano una via promettente per un più diffuso dispiegamento del fotovoltaico.

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