Pannello fotovoltaico CIGS

L’utilizzo di pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica è sicuramente un comportamento ecologico, perché si impiega una fonte rinnovabile, come il sole, senza ricorrere a combustibili fossili e produrre inquinamento con emissioni in atmosfera.

Eppure, al termine del loro seppur lungo ciclo di vita, che si calcola mediamente intorno ai 20 – 25 anni, per i pannelli fotovoltaici, si presenta il problema dello smaltimento, perché sono realizzati con prodotti altamente inquinanti, come il silicio e l’E.V.A.(etil – vinil – acetato).

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Ad esempio l’ E.V.A. è un materiale che non può essere riutilizzato, ma deve essere bruciato in un altoforno, con conseguente elevato impatto ambientale dovuto alle emissioni di gas contenenti acidi acetici.
Questo materiale viene posto in un sottile strato tra le celle fotovoltaiche e il vetro in modo da isolare la parte elettricamente attiva dal resto del modulo. In realtà ogni pannello ne contiene una piccola quantità ma, poiché i pannelli che si smaltiscono sono ormai tanti, il problema si pone.

Questi aspetti rappresentano spesso argomento di critiche da parte dei detrattori della tecnologia fotovoltaica. Anche perché si calcola che nel 2020 circa 35.000 tonnellate di pannelli fotovoltaici saranno obsoleti e destinati a discarica, con notevole impatto sull’ambiente.

Nasce cosi il modulo fotovoltaico al 100% riciclabile senza l’impiego di silicio ne’ eva (etil vinil acetato). Il nuovo prodotto nasce dalla collaborazione dell’italiana P.Energy, azienda di automazione industriale nel settore fotovoltaico che da 10 anni è specializzata nella fornitura di impianti completi per la produzione di pannelli solari, con una start-up svedese Midsummer ab, specializzata nello sviluppo di tecnologie per la deposizione film sottile.

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L’idea è basata sul deposito di un sottile strato di film Cigs (Copper indium gallium selenide) su celle di acciaio. II Cigs è una tecnologia già utilizzata per pannelli a film sottile e l’innovazione consiste nella sostituzione di costosi processi di deposizione su grandi superfici con una inferiore rispetto a una cella fotovoltaica standard (156 x 156mm).
Il cuore dell’innovazione sta proprio nel processo di assemblaggio. Per comporre il pannello, infatti, è stato sviluppato un nuovo macchinario per la saldatura delle celle Cigs così come per la laminazione del vetro ultrasottile è stato inventato un nuovo processo di laminazione ‘inverso’ per produzioni su larga scala.
P.Energy, inoltre, ha sviluppato il design innovativo del modulo finale basato su una mix di materie prime 100% rinnovabili e ri-utilizzabili, ingegnerizzando il processo sia di assemblaggio per produzioni su larga scala sia il processo di fine vita del modulo.
Le celle in Cigs sono incapsulate in un film termoplastico che garantisce l’adesione al vetro e l’isolamento dagli agenti atmosferici per 30 anni.
Ciò significa che, al termine del suo ciclo di vita, il pannello può essere aperto, scomposto in tutte le sue parti (vetro, alluminio, metallo, film, ecc.), che possono essere tutte riutilizzate avendo così un impatto nullo sull’ambiente.
Il dis-assemblaggio del modulo avviene anche in maniera piuttosto semplice, grazie al processo messo a punto dalle due ditte costruttrici che permette di separarli in breve tempo.
Ma il Cigs presenta dei vantaggi anche dal punto di vista delle prestazioni, perché ha una maggiore forza di adesione al vetro, rispetto all’E.v.a., offre una barriera contro l’umidità e migliora il rendimento della conversione di luce solare in energia elettrica perché, utilizzando un vetro ultrasottile si ha una maggiore trasmissione di energia luminosa alle celle.
Altre differenze tra il silicio cristallino e il film sottile sono le perdite di rendimento per conseguenza della temperatura e la reazione alla luce diffusa.
Laddove l’irraggiamento e l’irradiamento sia elevato, tale da generare notevoli temperature, i moduli a silicio cristallino registrano un calo della potenza, mentre i moduli a film sottile riescono a conferire risultati più solidi.Una disposizione verso Sud dell’impianto con inclinazione di 30° di latitudine, è la situazione ottimale per raggiungere il maggior rendimento dai moduli a silicio cristallino. Il film sottile al contrario riesce a captare con più facilità la luce diffusa e riflessa, quindi risente meno delle zone di ombra, si adatta alle superfici senza richiedere particolari inclinazioni, può essere installato sia in orizzontale sia in verticale senza sensibili differenze di produttività e produce anche con cielo nuvoloso.
C’è anche una relativa differenza di costo: il film sottile costa meno. Arriva ad oggi a costare, presso i distributori grossisti, circa 0,50-0,60 euro/watt, contro i 0,70 – 0,90 euro/watt dei più economici pannelli a silicio cristallino di provenienza asiatica o cinese.
Nella progettazione di un impianto fotovoltaico, oltre a valutare il tipo di tecnologia più adatta, è necessario valutare alcune altre condizioni: la durata di vita, la manutenzione e stabilità dell’impianto, la resa energetica, la zona d’installazione, le condizioni climatiche, le caratteristiche del tetto.La sintesi di questi elementi, nella loro totalità, porta alla scelta finale.
Inoltre il modulo CIGS (Rame, Indio, Gallio e Selenio) è la meglio promettente tecnologia fotovoltaica nella famiglia dei moduli fotovoltaici a film sottile. I quattro materiali che compongono le celle rendono le potenziali prestazioni delle CIGS molto più alte di ogni altro pannello fotovoltaico a film sottile.
Il CIGS, infatti, a parità di luce irradiata, produce più energia elettrica rispetto agli altri pannelli a film sottile. Ha quindi la migliore efficienza di conversione.
Altro vantaggio del pannello CIGS è l’efficienza di conversione praticamente costante nel tempo: i tradizionali pannelli fotovoltaici cristallini hanno un calo di rendimento nel tempo (pari a circa 0,75% l’anno), i pannelli CIGS hanno un’efficienza di conversione estremamente stabile nel tempo che gli permette di avere prestazioni invariate per diversi anni.
Inoltre: la tecnologia CIGS è, per motivi soprattutto economici, una valida alternativa al silicio cristallino, che sta alla base dell’ 80% dei pannelli fotovoltaici presenti sul mercato. Il CIGS non necessita, a differenza del modulo cristallino, di una complessa e costosa lavorazione per ottenere una sottigliezza inferiore ai 10 micron, spessore inferiore a quello dei moduli in silicio cristallino. Il risparmio economico è quantificabile in circa il 20% in meno di spesa rispetto ai moduli in silicio cristallino.
In definitiva: da un lato con la tecnologia CIGS l’efficienza di conversione aumenta drasticamente, raggiungendo oltre il 20% a livello di singola cella, dall’altro lato diminuiscono in modo significativo i costi di produzione grazie a materiali che permettono processi produttivi più efficienti.
Per questi ed altri motivi i ricercatori, in un rapporto pubblicato dalla Lux Research, sostengono che la tecnologia a film sottile CIGS raddoppierà la capacità installata entro il 2015: si prevede che il mercato CIGS possa raggiungere un valore di oltre 2,3 miliardi di dollari.

fonti:
http://www.fotovoltaiconorditalia.it/mondo-fotovoltaico/pannelli-fotovoltaici-cigs-nuova-frontiera-del-film-sottile

http://www.fotovoltaiconorditalia.it/mondo-fotovoltaico/moduli-fotovoltaici-silicio-cristallino-film-sottile

http://www.greenstyle.it/il-pannello-fotovoltaico-100-riciclabile-e-made-in-italy-9500.html

http://www.lafrecciaverde.it/arriva-il-pannello-fotovoltaico-100-riciclabile/

http://www.lavorincasa.it/articoli/in/impianti/pannelli-fotovoltaici-riciclabili/

http://amslaurea.unibo.it/3280/1/Petrangelo_Saverio_Tesi.pdf

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