Effinciency_and_Environment_10_2019

23 Efficiency & Environment - Ottobre 2019 Speciale Fotovoltaico e sistemi di accumulo tuttora in corso. Anzitutto con la star del na- notech, il grafene: le sue proprietà, essendo in pratica uno strato di carbonio dello spessore di un atomo, estremamente resistente e dall’ot- tima conduttività, lo hanno reso subito molto interessante per lo sviluppo di celle fotovoltai- che ad alta efficienza; ad esempio utilizzandolo come elettrodo trasparente per le celle, in grado di assorbire uno spettro luminoso molto ampio. Sempre nel campo del coating dei moduli fo- tovoltaici, ci sono promettenti soluzioni per ridurre il surriscaldamento dei moduli gua- dagnando in prestazioni; come pure ci sono sperimentazioni su celle all’arseniuro di gallio di rivestimenti con pellicole di nano-risonatori costituite da migliaia di perline di vetro nano- metriche che amplificano la capacità del mate- riale fotovoltaico di catturare la luce. Infine non si può non menzionare una recente innovazione messa a punto da ricercatori ita- liani (Istituto di microelettronica e microsistemi e Istituto di nanotecnologia entrambi del Cnr) che hanno trovato una soluzione per migliora- re le prestazioni delle celle a perovskiti ibride, per le quali c’è da tempo una grande aspettati- va, ma che presentano grossi limiti di stabilità della struttura molecolare. La soluzione, basa- ta sull’introduzione controllata di molecole di azoto, fa prevedere ampie possibilità di diffu- sione di questo tipo di celle solari che sareb- bero ad alta efficienza, a basso peso, flessibili e colorate. Ottimizzare gli impianti Un’altra modalità che consente di aumentare l’efficienza riguarda non le celle, ma gli impian- ti nella loro struttura e nel loro funzionamen- to. Ingegneri e tecnici di varie aziende stanno proponendo soluzioni impiantistiche che otti- mizzano la produzione energetica. Ad esempio, molti propongono di collegare i singoli pannelli a dispositivi elettronici intelligenti che fungo- no da ottimizzatori di potenza, evitando così che le riduzioni accidentali su un singolo pan- nello incidano sull’intero impianto. Altri, come al Fraunhofer Institute, progettano un nuovo concept di inverter fotovoltaico altamente inte- grato studiato sulla base di un’analisi costo dei componenti meccanici ed elettromeccanici di- mostrando di poter ridurre i costi ottimizzando le tecnologie dei componenti utilizzati in classi di potenza più basse in modo da sviluppare di- spositivi con maggiore potenza. E c’è chi, come un gruppo dell’Università di Tallinn (Estonia) lancia la nuova idea dell’opti- verter che unisce in unico dispositivo ibrido le funzioni sia del classico inverter sia dei dispo- sitivi ottimizzatori di potenza: l’optiverter, già in funzione in installazioni solari residenziali (fino a 10 kW) sembra garantire la massima raccolta di energia an- che in condizioni di parziale ombreggiatura. Sistemi di accumulo Uno dei problemi derivanti dalla crescita della quota di ener- gia prodotta con il solare fotovoltaico riguarda la possibilità di sfruttare al massimo l’energia prodotta che non può essere immessa in rete tutta e subito. È un problema che riguarda anche altre forme di energie rinnovabili, come l’eolico, che sono intrinsecamente non totalmente programmabili. Una soluzione viene dai sistemi di accumulo, per i quali anche la nuova Strategia Energetica Nazionale prevede un forte au- mento di disponibilità soprattutto al Centro e Sud Italia. Dal punto di vista tecnologico, ci sono diverse opzioni per implementare sistemi di accumulo adeguati alle esigenze attuali, opzioni raggruppabili secondo le diverse categorie tecnoscientifiche implicate: ci sono sistemi di tipo chimico, elettrochimico, elettrico, termico e meccanico. Nel primo caso si parla prevalentemente dell’idrogeno e del suo immagazzinamento come gas compresso o in impianti sotterranei, con capacità elevata, o a bordo di veicoli in con- tenitori pressurizzati. Da segnalare il metodo Power to Gas, sviluppato dall’Enea, che rappresenta un nuovo paradigma di accumulo basato sullo sfruttamento diretto delle risorse per la produzione sia di idrogeno (mediante elettrolisi dell’acqua) sia di metano sintetico pronti per l’immissione nella rete di distribuzione nazionale anche in abbinamento al riuso am- bientalmente sostenibile di CO 2 . L’immagazzinamento di tipo elettrochimico riguarda le bat- terie, con i vari tipi di combinazioni chimiche che stiamo imparando a conoscere: zolfo-sodio, piombo-acido, nichel- cadmio e soprattutto ioni di litio. I vantaggi sono evidenti: l’alta densità energetica, il peso ridotto, la durata, i brevi tem- pi di ricarica, la possibilità di ricariche parziali e la compatibi- lità ambientale. Anche lo svantaggio è per ora evidente ed è dato dai costi elevati, anche se si intensificano le ricerche per trovare soluzioni più economiche. Per accumulo elettrico si intendono i supercondensatori che vedono notevoli avanzamenti grazie alle nanotecnologie con la possibilità di innalzare notevolmente la già elevata densità di energia e di potenza con il ricorso ai nanotubi di carbonio. La soluzione, basata sull’introduzione controllata di molecole di azoto, fa prevedere ampie possibilità di diffusione di questo tipo di celle solari che sarebbero ad alta efficienza, a basso peso, flessibili e colorate. Fonte foto: Bush Philosopher, Dave Clarke, photo on flickr