Celle fotovoltaiche ad alta efficienza afferrano il primo premio.

 

Il premio tedesco per l’ambiente del 2012 va a imprese e ricercatori del settore solare che sviluppano la tecnologia che utilizza la luce solare in modo più efficiente che mai.

Secondo Andreas Bett, il futuro sta su un piccolo (ha le dimensioni della capocchia di uno spillo) chip. In un unico movimento fluido, il fisico tira una piastrina metallica delle dimensioni di una scatola di fiammiferi dalla linea di produzione presso il suo laboratorio in Freiburg, Germania. Egli punta con orgoglio verso la piccola, quasi invisibile cella fotovoltaica collegata a esso.

Questa cella solare è una parte della visione di Bett per il futuro. Dopo tutto, lui parla per esperienza. Come vice direttore dell’Istituto Fraunhofer per i sistemi a energia solare (ISE), ha lavorato su queste celle solari con architettura di multi-giunzione da oltre 25 anni. Bett condivide il prestigioso premio tedesco per l’ambiente (German Environmental Award) di quest’anno, presentato dalla Fondazione tedesca per l’ambiente (German Environment Foundation, DBU), con il suo compagno di squadra Hansjörg Lerchenmüller della Soitec Solar, e con Günther Cramer, co-fondatore di SMA Solar Technology.

Il Presidente tedesco Joachm Gauck ha premiato i tre vincitori Domenica 28 ottobre 2012. I 500 mila euro che accompagnano il premio lo rendono il più grande premio europeo per il lavoro ambientale.

 

Copiando di un arcobaleno : Piccole celle solari con un potenziale enorme

Le convenzionali celle fotovoltaiche al silicio di oggi sono in grado di trasformare una piccola parte della luce solare in energia. Ma le celle solari di Bett sono in grado di fare molto di più. Usano quasi l’intero spettro della luce solare. A tal fine, gli scienziati che lavorano in Friburgo utilizzano tre diversi materiali per creare una sola cella fotovoltaica a multigiunzione ad alta efficienza. Invece di silicio, impiegano semiconduttori fatti da gallio-indio-fosfuro di gallio-indio-arseniuro e germanio, con ciascuno dei tre materiali volto a trasformare una parte diversa dello spettro della luce solare in energia elettrica.

“Abbiamo adattato le nostre tre celle fotovoltaiche impilate una sopra l’altra (il termine scientifico è “la struttura a semi-conduttori”) ai colori dell’arcobaleno”, spiega Bett. Lo strato superiore utilizza lunghezze d’onda corte di luce blu, lo strato intermedio le lunghezze d’onda verde, e lo strato inferiore le lunghe lunghezze d’onda infrarosse. Solo in questo modo è possibile il massimo livello di efficienza.

“Si può calcolare che con un materiale semiconduttore come il silicio, si può ottenere un rendimento massimo teorico del 33 per cento”, dice Bett. Le celle fotovoltaiche a multigiunzione costruite presso l’Istituto Fraunhofer, invece, possono ottenere oltre il 41 per cento di efficienza. Questo è un record mondiale. Mai prima d’ora una cella fotovoltaica è riuscita a trasformare la luce solare in così tanta energia elettrica in condizioni di laboratorio.

 

Conquista dello spazio

I diversi settori possono utilizzare tali celle fotovoltaiche per prodotti specifici. AZUR Space Solar Power, con sede a Heilbronn, Germania, per esempio, applica la tecnologia ISE (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems oppure abbreviato Fraunhofer ISE) per creare celle solari (ad alta efficienza) multifunzione principalmente per l’alimentazione dei propri satelliti di comunicazione.

Circa mille chip solari stanno su un disco rotondo, o “wafer”, che è circa la dimensione di un DVD. Klaus-Dieter Rasch, amministratore delegato dell’AZUR Space Solar Power, è orgoglioso del fatto che circa 150 mila di tali wafer solari rotolano fuori dal nastro trasportatore della sua azienda ogni anno, ma la produzione di massa, era molto complessa da attuare. “Abbiamo dovuto usare sistemi standard di produzione a LED, ma abbiamo scoperto che non erano abbastanza buoni”, ha detto Rasch. Quindi, sia le linee di produzione sia il software sono stati modificati, per gestire meglio la produzione delle celle fotovoltaiche multifunzione, con il risultato che oltre 400 satelliti non militari ricevono il loro potere attraverso le celle fotovoltaiche con il marchio “Made in Heilbronn”.

 

Vantaggio competitivo

Ma e stato un “trucco aggiuntivo” sviluppato dagli scienziati ISE a rendere il rapporto (delle celle solari per lo spazio) costo-beneficio adatto per l’uso sulla Terra. Andreas Bett dimostra il trucco nel proprio laboratorio a Friburgo. Egli pone una lastra di metallo ricoperto di varie celle fotovoltaiche in una scatola a forma rettangolare. Egli poi aggiunge con dei morsetti un wafer di silicio opaco su di essi. “Il trucco è quello di concentrare la luce solare con una lente ottica e dirigerla su una piccola superficie di semiconduttori,” spiega.

Questa lente può concentrare la luce per un fattore di valore 500, riducendo così la quantità di costose celle solari multigiunzione necessarie della medesima proporzione. “Da quando ho catturare la luce su una lente relativamente poco costosa e l’ho guidato in un unico punto in cui si trova un piccolo, costoso materiale semiconduttore, posso generare energia relativamente conveniente, se si considera il sistema nel suo complesso”, dice il pioniere solare.

 

Riscaldare il mercato del solare

Hansjörg Lerchenmüller è a capo di una grande azienda di energia solare, che fa affari in tutto il mondo. Hanno tredici impianti fotovoltaici dimostrativi che si trovano in paesi soleggiati come gli Stati Uniti, la Giordania e la Spagna. La prima centrale è stata collegata alla rete in Spagna nel 2007, con diverse centinaia di moduli concentratori allineati uno accanto all’altro, trasformando la luce in energia. La capacità installata di due megawatt fornisce mille famiglie con energia pulita.

La svolta è arrivata nel 2010, ha detto l’ex dipendente del Fraunhofer, quando Soitec Solar ha costruito il suo primo impianto fotovoltaico a concentrazione, nello stato americano del New Mexico. “E ‘stato un progetto decisivo perché era la prima volta che una società elettrica aveva scelto la tecnologia dei concentratori fotovoltaici”, ha detto Lerchenmüller. Eppure, mentre si prevede una crescita rapida del mercato, soprattutto negli Stati Uniti, Lerchenmüller afferma che la tecnologia ancora giovane ha un sacco di ritardo da recuperare. Mentre impianti solari in tutto il mondo vantano 33 mila megawatt di capacità installata, la tecnologia a concentrazione della luce solare sta “strisciando indietro” con solo 28 megawatt di potenza installata.

Ma gli esperti di ricerca e le imprese dicono che il futuro è roseo per queste piccole celle fotovoltaiche. Andreas Bett stima che le proprie celle solari a concentrazione possono guadagnare fino a una quota del 15 per cento del mercato solare in pochi anni. “Non sarà un mercato di nicchia più piccolo, ma uno che vara’ miliardi”, dice il ricercatore.

La condizione primaria per il successo, però, è ancora un cielo azzurro e un sacco di luce solare diretta. Solo in questo modo la lente ottica la cattura e la guidi in modo ottimale, rendendo ottimale la funzione di tali celle solari. Così gli ingegneri della tecnologia per concentratori fotovoltaici hanno messo gli occhi sulle zone del mondo più radiate dal sole, come l’Italia.

Vota questo articolo