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Un pannello solare su misura

 By Luca Longo

I tradizionali moduli solari a base di Silicio saranno presto affiancati da nuovi pannelli solari organici più economici e con un sacco di vantaggi in più…

I pannelli solari che ben conosciamo ci permettono di produrre energia elettrica in modo pulito ed efficiente, ma hanno diversi difetti. Prima di tutto il prezzo: costa tanto produrre un cristallo di Silicio di purezza sufficiente, tagliarlo in wafer, drogarlo, fissare l’elettrodo a griglia e il controelettrodo posteriore, montare la cella e collegarla elettricamente alle altre celle che compongono il modulo, fissarle a un supporto, proteggerle con una lastra di vetro e montare tutta l’intelaiatura del pannello. Poi, a fine vita, dovremo anche pensare ai costi di smaltimento.
Ma la ricerca scientifica e industriale sta puntando in direzioni completamente diverse. Una delle più promettenti va sotto la sigla OPV, che sta per Organic PhotoVoltaics o pannelli fotovoltaici organici. Nei centri ricerche specializzati sparsi per il mondo si stanno sperimentando combinazioni di polimeri e di molecole organiche in grado di catturare la luce del Sole, impiegarla per eccitare speciali molecole, provocare l’espulsione di elettroni e, infine, produrre corrente elettrica. E tutto senza fare uso di Silicio.

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La stampa di celle OPV può avvenire su supporti leggeri e flessibili, come rulli di film plastico trasparente, o volendo anche carta. Si ottengono pannelli solari estremamente leggeri, flessibili e di qualsiasi forma.

Anche in Italia, al Centro Ricerche Eni per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente, sono stati ideati e sperimentati innovativi moduli solari basati sulla tecnologia OPV anche in collaborazione con il Technical Research Center of Finland, il MIT, il CNR e numerose università italiane. Il bello è che queste nuove celle solari basate su sostanze organiche sono talmente sottili che, trascurando lo spessore del supporto, bisognerebbe stamparne migliaia una sopra l’altra per ottenere lo spessore di un foglio di carta. Se vogliamo fare un confronto: con un chilogrammo di Silicio cristallino (senza contare il peso di tutto il resto del pannello) si possono produrre poco più di un paio di metri quadrati di moduli solari. Ma con un solo chilogrammo delle sostanze organiche che compongono una cella OPV, si potrebbe coprire di pannelli solari un intero campo di calcio.
L’utilizzo di materiali organici permette a Eni di realizzare celle OPV in modo completamente diverso da quello in uso per i moduli convenzionali. Le celle, infatti, vengono stampate con sistemi praticamente uguali a quelli che si usano per creare le riviste a colori. Invece di imprimere in successione inchiostri di più colori, si stampano prima il catodo, poi uno strato conduttore di elettroni, poi lo strato fotoattivo, quindi uno strato trasportatore di cariche positive e infine si ricopre tutto stendendo l’anodo. La stampa può avvenire su supporti leggeri e flessibili, come rulli di film plastico trasparente, o volendo anche carta. Si ottengono, così, pannelli solari estremamente leggeri, flessibili e di qualsiasi forma.

In questo breve video i ricercatori del Centro Ricerche Eni per le Energie Rinnovabili e l'Ambiente spiegano la tecnologia delle celle OPV

Infatti, i moduli OPV possono essere realizzati su misura: a seconda di come avviene la stampa, si possono ottenere le proprietà elettriche (voltaggio e amperaggio) richieste dall’applicazione cui sono destinate e la forma che si desidera permettendoci di scatenare le nostre esigenze di design. L’efficienza massima di questi moduli è ancora inferiore a quella dei costosi pannelli al Silicio ma, a differenza di questi ultimi che hanno bisogno di essere posizionati esattamente a Sud e con una precisa angolazione, i pannelli organici sono in grado di produrre energia anche in condizioni di luce diffusa. All’alba, al tramonto, quando c’è nebbia o quando il cielo è nuvoloso, i pannelli al Silicio non funzionano, ma i pannelli OPV continuano a produrre energia indipendentemente da come sono orientati rispetto al Sole.
Ok, di notte non funzionano, ma torneranno a funzionare la mattina dopo appena sorgerà il Sole. Anche se sarà nascosto dietro le nuvole! La ricerca sulle celle OPV potrebbe presto essere integrata con successo in molti dispositivi elettrici o elettronici portatili o che non possono essere collegati ad una rete elettrica. Dai sensori (domotica, antifurto, monitoraggio ambientale) all’alimentazione di telefoni, tablet e altri dispositivi portatili fino alla applicazione su zaini, tende, vele e altre superfici dove non avrebbe senso installare un pannello al Silicio. Grazie alla leggerezza e alla facilità di trasporto, infatti, i moduli solari organici potranno presto essere utilizzati in aree remote e prive di infrastrutture per il trasporto dei pesanti pannelli al Silicio permettendo di portare energia elettrica a persone ed a intere comunità che ancora oggi non hanno accesso a questa principale fonte di sviluppo economico e sociale.

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La ricerca sulle celle OPV potrebbe presto essere integrata con successo in molti dispositivi elettrici o elettronici portatili o che non possono essere collegati ad una rete elettrica

Ma il passo successivo sarà applicare le OPV nella Building Integrated PhotoVoltaics (un parolone, che per gli esperti va sotto la sigla di BIPV). Si prevede l’uso di queste nuove celle solari non sopra ma direttamente all’interno degli elementi strutturali che compongono gli edifici: i mattoni, le tegole, le piastrelle ma anche le barriere antirumore o ogni superficie esposta alla luce su tutti i punti cardinali. Ma ne riparleremo presto qui!

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informazioni sull'autore
Luca Longo
Chimico industriale specializzato in chimica teorica. Si occupa di calcolo scientifico da 30 anni. Lavora nella ricerca di nuove tecnologie per l’energia. In tutto quello che fa, ama andare fino in fondo.