Aerogel. Materiale isolante trasparente e innovativo

Se le abbiamo provate tutte ma a ridurre la trasmissione di calore attraverso i vetri non ci siamo riusciti, potremmo inserire dell’aerogel nell’intercapedine del vetro della nostra finestra. L’aerogel è un materiale che fu ottenuto sperimentalmente per la prima volta nel 1931 da Steven Kistler.


 ISOLAMENTO
Data la sua bassissima trasmittanza termica, l’aerogel è un ottimo isolante termico! Basti pensare che è utilizzato per l’imbottitura delle tute degli astronauti della NASA: bastano soli 3 mm di aerogel per proteggere l’uomo da temperature di -50°C. I ridotti spessori necessari, lo renderebbero quindi un materiale isolante perfetto per l’edilizia, ma i suoi costi proibitivi glie lo impediscono.

LEGGEREZZA E RESISTENZA MECCANICA
E’ costituito per il 96% da aria e per il restante 4% da silice che, con il suo piccolo peso specifico, conferisce al sistema grande leggerezza. A causa della sua scarsa resistenza a trazione però (per il suo aspetto è chiamato “fumo ghiacciato”), deve essere sempre inglobato in lastre di vetro o di materiale plastico e non può essere utilizzato come sostituto del vetro.

LA FORMA IN CUI SI PRESENTA
Tra le suddette lastre, l’aerogel può trovarsi in forma granulare o monolitica.
Forma granulare. Quando l’aerogel si presenta in questa forma, è caratterizzato da scarsa trasparenza (la vetrata presenta un aspetto traslucido e i suoi contorni appaiono nebbiosi) ma buon isolamento termico.
Forma monolitica
. E’ questa la forma in cui si deve trovare l’aerogel per poter essere utilizzato come vetro da finestra in edilizia. In questo caso infatti, il materiale risulta trasparente e le sue caratteristiche di isolamento restano invariate (si possono raggiungere trasmittanze di circa 0,5 W/mqK).


ASPETTI NEGATIVI
Nonostante le sue ottime caratteristiche di isolamento termico, che lo rendono tra i materiali migliori da questo punto di vista, quando la vetrocamera è riempita con aerogel piuttosto che semplicemente con aria, si riscontrano degli aspetti negativi:
–         riduzione della trasmissione luminosa del 25-30%;
–         riduzione della trasmittanza termica tra il 40 e il 60%;
–         distorsioni delle immagini;
–         resa cromatica scadente (la luce trasmessa assume tipicamente colorazioni dal blu per gli sfondi scuri al giallo per quelli chiari);
–         elevati costi.

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IL VETRO

LE ORIGINI

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Il vetro ha origini molto antiche e ancora oggi è difficile stabilire con certezza quale popolo possa vantarne la scoperta, che probabilmente avvenne per invenzione fortuita. Secondo un’antica leggenda fenicia, tramandata da Plinio, alcuni mercanti, tornando dall’Egitto con un grosso carico di carbonato di soda (detto anche “natrum” cioè salnitro), si fermarono una sera sulle rive del fiume Belo per riposare. Non avendo pietre a disposizione su cui collocare gli utensili per la preparazione delle vivande, presero alcuni blocchi di salnitro e vi accesero sotto il fuoco che continuò a bruciare per tutta la notte. Al mattino i mercanti videro con stupore che al posto della sabbia del fiume e del carbonato di soda vi era una nuova materia lucente e trasparente. La leggenda contiene delle verità sulla composizione del vetro e sulla diffusione di questo materiale ad opera dei Fenici. Il vetro nasce dalla combinazione della silice, minerale contenuto nelle sabbie dolci, combinata con la calce (carbonato di calcio); la fusione è favorita da una sostanza alcalina, la soda: quest’ultima era ricavata nell’antichità dalle ceneri delle alghe o di piante costiere. La sabbia del fiume Belo, in Fenicia, era molto adatta e ricercata per la fabbricazione del vetro. Inoltre quasi sicuramente, furono i mercanti e navigatori Fenici a diffondere gli oggetti e le tecniche del vetro nel bacino del Mediterraneo.

La più antica manifattura, che sorse nell’Asia occidentale, forse nelle regioni mitanniche o urriane della Mesopotamia, risale all’età del Bronzo, intorno alla metà del terzo millennio a.C. Probabilmente fu la naturale conseguenza dell’impiego di smalti vitrei per la decorazione di vasellame, tegole, oggetti vari e di altre tecniche di lavorazione della ceramica. I più antichi reperti archeologici sono costituiti da perline, sigilli, intarsi e placche. Le più antiche tecniche di lavorazione, infatti, permettevano soltanto la produzione di oggetti di piccole dimensioni, per lo più destinati ad usi rituali o a scopo ornamentale. I primi recipienti di vetro, provenienti da quest’area, risalgono invece ai secoli XVI e XV a.C., e si tratta prevalentemente di vasi a beccuccio.

I reperti rinvenuti in Egitto, risalgono all’epoca faraonica e portano il cartiglio del faraone Thutmose III della XVIII dinastia. In quel periodo gli egiziani condussero alcune vittoriose spedizioni in Mesopotamia, in Siria e in Palestina e probabilmente appresero la composizione e i metodi di fusione proprio da alcuni prigionieri, esperti vetrai. In questo periodo le manifatture Egizie produssero una gran varietà di oggetti come perline, scarabei, amuleti, pomoli per mobili e intarsi, come testimoniato dai ritrovamenti nella tomba di Tutankhamon.

Nell’area mediterranea orientale, l’industria dell’Età del Bronzo fiorì nei periodi di splendore delle maggiori civiltà, tra l’inizio del XV e il XIII secolo a.C. Però mentre la conoscenza delle tecniche vetrarie si diffuse rapidamente, il vetro rimase un materiale raro e costoso, assimilato ai materiali preziosi e semi preziosi, come le pietre dure o le gemme, a causa della difficoltà di produzione. Probabilmente le fabbriche avevano sede nei maggiori centri urbani e svolgevano la loro attività sotto il patrocinio del re o della classe aristocratica. Si trattava di piccoli laboratori di dimensioni e produzione limitate. I vetrai costituivano una classe di operai d’élite dediti a un’arte “esoterica”: i metodi della loro attività erano considerati frutto dell’abilità ma anche della magia e del potere occulto.

Intorno al 1200 a.C. molti dei principali centri della tarda Età del Bronzo furono distrutti dalle guerre e dalle carestie. La cultura minoica e micenea (della Grecia meridionale, di Creta e di Cipro) e il potente Regno Ittita dell’Anatolia scomparvero completamente. In seguito alla caduta di questi Stati, l’area mediterranea orientale e l’Asia occidentale vissero un’epoca di barbarie e di declino culturale che provocò una grave crisi commerciale e industriale, specialmente nella produzione degli articoli di lusso.


 

COS’E’?

La tecnica produttiva consiste nella solidificazione lenta e progressiva, per evitare la cristallizzazione, di una miscela omogenea fusa composta da silice, che funge da vetrificante, soda con funzioni di fondente, e calce, con funzioni di stabilizzante. La composizione del vetro chiaro è 72% silice; 13,5% soda; 10,7% calce; 2,6% magnesio; 0,7% allumina; 0,5% anidride solforosa. L’introduzione nella massa fusa di ossidi metallici consente di ottenere lastre colorate in pasta. Questa miscela fonde ad una temperatura di 1500° circa, diventando una massa liquida molto viscosa. In seguito al raffreddamento, la massa si solidifica senza riorganizzare il reticolo cristallino dei suoi componenti e acquista struttura amorfa, con le molecole disposte secondo una disposizione casuale, simile a quella dei liquidi.

Il vetro si deve quindi considerare, dal punto di vista fisico, un liquido estremamente viscoso. Possiede una discreta resistenza meccanica ma una scarsa deformabilità con conseguente rottura per fragilità.

 


 

FORMATURA

–       Modellazione: l’artigiano vetraio plasma la massa vetrosa (semifluida a circa 700° C) modellandola con appositi strumenti

–       Soffiatura: si realizza a bocca con ugelli che immettono nell’impasto aria compressa.

È utilizzata per la creazione di pezzi d’arte o per i vetri di laboratorio.

–       Colata e stampaggio: è un tipo di lavorazione in cui gli stampi, che possono essere di gesso, di refrattario o di ghisa, sono riempiti tramite gravità ed eventuale rotazione centrifuga attorno all’asse di rivoluzione, in modo da agevolare l’adesione della massa vetrosa allo stampo. Lo stampaggio può avvenire per compressione o per soffiatura.

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FORMATURA DELLE LASTRE

 

Laminazione: è adottata per la produzione di vetro piano. In questo tipo di tecnica, il vetro fuso scorre attraverso rulli di acciaio internamente raffreddati, dando luogo ad un nastro continuo della larghezza massima di 4 m e dello spessore minimo di 1mm. La finitura è realizzata in superficie, dopo il raffreddamento della massa, tramite mole abrasive che levigano ambedue le facce. Nei vetri laminati è possibile includere reticoli d’acciaio (vetri retinati) oppure vetri stampati (uno dei rulli porta l’incisione del disegno da riprodurre).

 

–       Formatura per stiro (vetri tirati): consiste nel prelevare la massa fusa dal forno traendola e spianandola per mezzo di una serie di rulli posizionati verticalmente. Queste lastre presentano delle imperfezioni e difetti di planarità.

–       Float-glass: a partire dalla fine degli anni Cinquanta è stato introdotto il processo float (Pilkington) in sostituzione dei precedenti metodi di tiratura. Il prodotto che si ottiene (float glass) ha sostituito il cristallo ottenuto da molatura di vetro greggio tirato.

La massa fluida in uscita dal forno di fusione cola, per tracimazione, su di un piano costituito da stagno fuso in una camera con atmosfera inerte (bagno). Il fluido vetroso, a causa della differenza di peso specifico, galleggia nel bagno e, quindi, spontaneamente si dispone a formare una superficie perfettamente piana e levigata, di spessore costante. Dato il continuo movimento in orizzontale della massa vetrosa, il raffreddamento avviene molto lentamente e si annullano le tensioni interne residue dovute al processo di fabbricazione. Il prodotto così ottenuto risulta perfettamente piano, di spessore costante e, quindi, di ottime caratteristiche estetiche. La lastra vetrata, una volta uscita dall’impianto float, è finita e, per la maggior parte degli impieghi, necessita solo di essere tagliata e molata sui bordi per smussarne il filo tagliente. Il taglio avviene una prima volta in modo trasversale per creare le lastre, generalmente di 6 m di lunghezza, e una seconda longitudinale per rimuovere le tracce dei rulli. Con il vetro float è divenuta superflua la fase di lucidatura, generalmente effettuata con abrasivi sottili, al fine di eliminare ogni distorsione ottica superficiale, dovuta a un non perfetto parallelismo delle lastre.

 

SECONDA LAVORAZIONE DELLE LASTRE

–       Taglio: si incide il vetro con una punta diamantata e si rompe per flessione

–       Molatura dei bordi: serve a smussare gli angoli taglienti delle lastre.

–       Foratura: è possibile forare il vetro non temprato con particolari punte da trapano.

–       Smerigliatura: trattamento mediante spruzzi di sabbia ad alta pressione che opacizza la superficie conferendole aspetto biancastro.

–       Curvatura: si riscalda la lastra fino a rammollimento (550°) e si fa aderire a curve idonee.

 


PROPRIETA’ CARATTERISTICHE

–       Coefficiente di trasparenza: il rapporto tra il flusso luminoso che attraversa la lastra e quello incidente su di essa: anche il vetro più trasparente e incolore non lascia infatti passare in modo completo tutta la luce che lo investe, ma ne assorbe e ne riflette una parte.

–       Conduttività termica: il vetro è un materiale che può avere valori di conduttività estremamente diversi. Il vetro in lastre ha una conduttività superiore a quella dei laterizi pieni, ma, se ridotto in fibre acquista una bassissima conduttività che lo fa classificare tra i materiali isolanti.

–       Resistenza al fuoco: i prodotti vetrati ordinari non sono in grado di fornire la resistenza al fuoco prescritta per legge. Esistono prodotti specifici da più lastre di cristallo temprato tra le quali sono interposti strati di una sostanza gelatinosa ad alto potere isolante.

–       Fragilità: la scarsa resistenza agli urti, è il difetto più tipico del vetro, dovuto allo stato disordinato della sua struttura molecolare, che non permette una omogenea distribuzione degli sforzi, facilitando il rapidissimo accumulo di tensioni che portano alla rottura.


COMPORTAMENTO TERMICO DELLE SUPERFICI VETRATE

Attraverso una superficie vetrata avvengono scambi di energia termica riconducibili a due forme essenziali:

  1. Dispersione di calore attraverso superfici vetrate: il vetro possiede un’elevata conduttività termica, ha perciò una scarsa attitudine ad opporsi al passaggio del calore, anche quando viene applicato in lastre di spessore maggiore. L’attitudine a contrastare il passaggio del calore aumenta invece decisamente se si impiegano determinati prodotti vetrari, come quelli costituiti da due lastre separate da un’intercapedine di aria (cristalli uniti al perimetro o pannelli vetrocamera).
  2. Apporto di energia radiante dall’esterno: l’irraggiamento solare che colpisce una superficie vetrata determina un apporto di energia. Questa energia viene in parte riflessa all’esterno e va perduta, in parte assorbita dal vetro e in parte trasmessa all’interno. Per valutare l’apporto di energia attraverso il vetro si ricorre al fattore solare che rappresenta il rapporto tra l’energia totale entrante in un ambiente e l’energia incidente. Esso varia a secondo dello spessore e delle caratteristiche del vetro (colorazione del vetro).

POTERE FONOISOLANTE

Il potere fonoisolante dei serramenti, cioè la capacità di ridurre la trasmissione dell’energia sonora incidente, dipende dalla composizione degli strati e dalla massa dell’elemento. Il fonoisolamento aumenta se si ricorre ai vetri stratificati, per effetto del diverso comportamento elastico del film plastico interposto. Per raggiungere valori più elevati del potere fonoisolante è necessario installare le doppie finestre, cioè due serramenti, distanti tra loro almeno 20 cm, in modo che l’intercapedine d’aria che li separa possa funzionare da cuscinetto ammortizzante per il passaggio del rumore.


PRODOTTI VETRARI

Cristalli trasparenti: lastre prodotte per colata su bagno metallico di stagno fuso (Float Glass) perfettamente incolori, trasparenti e lisce.

Cristalli atermici: derivano dal vetro float con l’impiego di coloranti nella pasta vetrosa e possiedono la proprietà di ridurre l’irraggiamento solare negli ambienti anche se il loro colore viene sfruttato maggiormente per fini architettonici.

Vetri stampati: sono vetri traslucidi, ottenuti per colatura e laminazione attraverso cilindri che imprimono su una o entrambe le superfici disegni o decorazioni. Sono frequentemente impiegati nelle porte a vetri, utilizzando la loro caratteristica di lasciar passare la luce senza consentire la visione nitida delle immagini.

Vetri profilati a U (U-Glass): sono costituiti di barre di vetro profilate a forma di U, prodotte per laminazione della paste di vetro tra cilindri opportunamente sagomati. Vengono prodotti nei tipi normale e armato: quest’ultimo incorpora nella sua massa fili longitudinali di acciaio. Sono detti vetri strutturali perché la loro sezione a U, di spessore 6 mm, conferisce buone doti di resistenza e permette di vetrare ampie superfici verticali con il semplice vincolo degli elementi alle estremità.

Vetri di sicurezza

–       Cristalli temprati: si ricavano da lastre riscaldate al di sotto della temperatura di rammollimento e raffreddate con getti d’aria sulle due facce. In tal modo aumenta la resistenza del vetro e, in caso di rottura, riduce la lastra in piccoli pezzi, anziché in schegge taglienti. Il vetro temprato è di comune impiego nelle vetrate senza telaio e nelle vetrine.

–       Cristalli armati: contengono al loro interno fili metallici che trattengono le schegge in caso di rottura. Il reticolo metallico dei vetri retinati ha il solo scopo di trattenere le schegge e non migliora le caratteristiche di resistenza meccanica.

Cristalli stratificati: si ottengono intercalando un foglio di butinale polivinilico tra due lastre, in modo da incollarle stabilmente, a caldo e sotto pressione. Un esempio è costituito dai vetri per auto, in cui lo strato inserito tra due lastre è di tre millimetri.

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vetri cromogenici sono quelli in grado di assumere un comportamento che dipende dalla luce, dalla temperatura o da una differenza di potenziale elettrico applicata. Si dicono fotocromici quando la trasparenza ed il controllo solare varia nel tempo in base alla luce, termocromici se tali caratteristiche si modificano in funzione della temperatura ed elettrocromici se le suddette peculiarità si modificano in base alla variazione di una tensione elettrica.


 VETRI FOTOCROMICI
I vetri fotocromici variano le proprie caratteristiche ottiche in funzione della loro esposizione ai raggi ultravioletti solari: maggiore è tale radiazione e più diventano scuri, al buio tornano chiari e trasparenti. Fino ad oggi sono stati impiegati principalmente come lenti per gli occhiali da sole.

VETRI TERMOCROMICI
I vetri termocromici hanno proprietà ottiche che variano in funzione della loro temperatura: maggiore è la temperatura, più il vetro si opacizza. Se utilizzati nel settore edile, è fondamentale che la temperatura alla quale si innesca il fenomeno sia nell’intervallo del benessere termico e visivo dell’uomo.

VETRI A CRISTALLI LIQUIDI
I vetri a cristalli liquidi vedono cambiare l’orientamento dei cristalli tra gli elettrodi del sistema in funzione della differenza di potenziale applicata. Lo stesso vale per i sistemi con particelle sospese. La variazione della trasparenza copre tutto lo spettro della radiazione solare ed è più marcata nel campo del visibile. Quando il dispositivo è acceso, la vetrata è trasparente perché i cristalli o le particelle sono allineate. Quando il dispositivo è spento, la vetrata appare traslucida.

 VETRI ELETTROCROMICI
I vetri elettrocromici sono costituiti da più strati: un elettrolita è inglobato tra due elettrodi a loro volta incorporati tra due conduttori trasparenti. Il tutto è inserito tra due lastre di vetro. Quando viene applicata una tensione elettrica, avviene una reazione elettrochimica che causa la migrazione di ioni all’elettrodo e dall’elettrodo cromo genico, provocando una variazione del colore del componente. Quando al sistema viene applicata la tensione, il vetro si colora. A circuito aperto il sistema conserva memoria perché l’elettrolita ha una bassa conduttività elettronica. Per ottenere il ritorno alle condizioni di trasparenza bisogna invertire la polarità permettendo ai cationi di abbandonare l’elettrodo migrando verso il contro elettrodo. Con tali sistemi si può abbassare notevolmente la trasmissione luminosa ed infrarossa modulando la differenza di potenziale.


VETRI FOTOVOLTAICI

Esistono dei vetri, semplici all’apparenza, in grado di catturare la luce del sole producendo energia pulita. Il segreto è in una specie di vernice che riveste il vetro, un particolare gel che inizialmente non era ritenuto adatto alle civili abitazioni perché non ancora perfettamente trasparente. Eliminata l’opacità però, si è giunti ad un prodotto utile come un pannello fotovoltaico ma molto meno costoso. Si parla infatti di circa 2 euro per watt (oltre la metà di un pannello fotovoltaico). Il gel in questione contiene silicio amorfo reso semiconduttore grazie ad un procedimento nanotecnologico che può essere applicato in intercapedine o superficialmente.

 APPLICAZIONE IN INTERCAPEDINE
Quando il gel al silicio amorfo viene applicato nella vetrocamera, è in grado di trasformare l’energia solare in energia elettrica producendo fino a 300 watt per metro quadrato. Per trasformare un vetro doppio in un vetro fotovoltaico, deve essere smontato, l’intercapedine riempita di gel e poi dotato di due contatti elettrici, rimontato sulla finestra e connesso alla centralina.

APPLICAZIONE SUPERFICIALE
In assenza di intercapedine tra i due vetri, al gel al silicio amorfo, viene sostituito un spray analogo per componenti, che è in grado di generare fino a 100 watt per metro quadrato.

 Il gel fotovoltaico è indubbiamente un prodotto in grado di suscitare grande interesse anche per via della integrabilità architettonica. Sebbene svolga la sua stessa funzione, un vetro fotovoltaico non ha l’aspetto di un pannello fotovoltaico e per questo motivo non è soggetto a limitazioni legate all’integrazione architettonica.


IL VETRO RICICLATO

Con le nuove tecnologie, dal vetro riciclato  è possibile ricavare un materiale con requisiti e caratteristiche identiche a quello del vetro vergine, utilizzandolo anche per le stesse applicazioni.
Per eseguire questo processo ci si avvale sia degli scarti industriali sottoforma di frammenti e scaglie, che di vetro proveniente dalla raccolta differenziata. Si procede quindi a una fase di selezione, dividendo il vetro in base al colore. Poi si esegue un’operazione di depurazione meccanica e manuale per evitare inquinamenti con altri materiali, infine si eseguono la frantumazione e la vagliatura.

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Ora i resti vitrei sono pronti per essere fusi da soli o mescolati con vetro vergine, secondo il grado di purezza che si vuole ottenere.
Il vetro riciclato con una quantità d’impurità più alta verrà, infatti, usato prevalentemente in ambito edile, invece per imballaggi e manufatti occorre rispettare vincoli molto rigidi per quanto riguarda i parametri di purezza.

BENEFICI AMBIENTALI DEL VETRO RICICLATO
Questo tipo di lavorazione apporta benefici ambientali non indifferenti, a partire da una riduzione di consumo delle materie prime, fra tutte la silice che è un prodotto di cava. Facile fare i conti: cento chili di vetro differenziato producono cento chili di nuovo prodotto; al contrario, da centoventi chili di materia prima si ottengono solo cento chili di nuova materia.

Inoltre, il processo produttivo per il riciclo del vetro non consuma così tanta energia come quello del vetro vergine, contribuendo quindi a ridurre le emissioni di CO2 nell’atmosfera.
Infine la raccolta differenziata presenta il vantaggio di evitare l’accumulo di materiale nelle discariche, che neppure le altissime temperature di termovalorizzazione riescono a fondere completamente, potendo anzi causare danni agli impianti.

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APPLICAZIONI
Gli ambiti di applicazione del vetro riciclato sono tantissimi. In campo edile è usato come materiale da costruzione, rifinitura per piccole e grandi superfici, rivestimenti, serramenti, pavimenti, isolanti, sottofondi stradali e altre applicazioni. Si usa profusamente anche nel campo del design, dell’arredamento, dell’arte, degli accessori moda, nell’ambito alimentare, farmaceutico e cosmetico.

Sicuramente le sue trasparenze, i suoi giochi di colore, le sue forme ricercate e particolari ne fanno un materiale sempre al passo con i tempi, attuale e di grande impatto visivo, con tante storie da raccontare ancora.

 

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