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Impianto Fotovoltaico
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Cos'è l'energia fotovoltaica

Materiali e dispositivi si dicono fotovoltaici quando sono in grado di assorbire radiazione luminosa e convertire l'energia dei fotoni in energia elettrica in forma di corrente o di differenza di potenziale [C. Sze, Physics of semiconductor devices, Ed. by John Wiley and sons, New York, 1981].

 Parecchi materiali (semiconduttori) mostrano queste proprietà, ma la frazione di energia convertita (l'efficienza, h), è bassa, <20%, e intensi studi sono condotti con l'obiettivo di aumentare l'efficienza dei dispositivi con efficienze, a costi contenuti, con un'elevata stabilità di esercizio. Solo in questo modo l'energia fotovoltaica potrà essere in grado di competere con le fonti tradizionali di energia [R.H. Bube, Photovoltaic materials, Imperial College Press, London, UK, 1998].

 

Alcune importanti informazioni sul fotovoltaico.

Conosciuto fin dalla prima metà del XIX secolo, l'effetto fotovoltaico ha visto la sua prima applicazione commerciale nel 1954 [Energy Efficiency and Renewable Eenrgy Network, available at www.eren.doe.gov/pv/], quando, nei laboratori della BELL, fu realizzato una giunzione planare su un monocristallo di silicio producendo il capostipite delle attuali celle solari. Da allora la tecnologia fotovoltaica ha visto enormi progressi, in parallelo con quelli ottenuti in ambito elettronico e microelettronico con cui condivide la scienza fondamentale.

Le prime celle solari, erano realizzate con silicio cristallino, c-Si, il semiconduttore maggiormente studiato e conosciuto, sebbene le sue proprietà ottiche ed elettroniche non ne facciano il materiale ideale per tali applicazioni.

Le celle solari basate sul c-Si, nonostante questo, dominano ancora oggi il mercato, ne costituiscono l'80% circa, e continueranno a farlo almeno per i prossimi 5-10 anni relegando le altre tecnologie dei semiconduttori, che nel frattempo sono state sviluppate, in settori di nicchia.

 Nei prodotti di largo consumo si utilizza il silicio amorfo idrogenato, a-Si:H, in forma di film sottile, il secondo materiale per importanza del settore. Sviluppato a partire dagli anni 70 [W.E. Spear, P. G. LeComber, J. Non-Cryst. Sol. 8-10 (1972) 727] assicura bassi costi di produzione e facilità di applicazione su larga area, ma la sua bassa efficienza ne limita l'utilizzo per applicazioni energetiche. Le celle solari a più alta efficienza sono composte dai semiconduttori composti, e.g. leghe multiple Cu(In, Ga)(S, Se)2[J. Contreras et al. Prog. Photovol. 7 (1999) 61].
La facilità di costruire multistrati e di controllare la bandgap di questi materiali permettono efficienze >35% (contro il 24% di quelle a c-Si ed il 15% di quelle ad a-Si:H), ma i costi delle materie prime ne limitano l'uso commerciale ad applicazioni aerospaziali: il successo delle recenti missioni esplorative su Marte è dovuto anche all'uso di queste celle per la produzione di energia [www.solaraccess.com].

In futuro altri materiali e concetti potranno entrare in gioco, tra questi celle basate su materiali organici, a coloranti sensibilizzati, materiali teorici a generazione Auger e bande metalliche intermedie.

In contrasto con il rapido sviluppo dei dispositivi fotovoltaici, l'energia solare copre ancora quote marginali del mercato dell'Energia. Gli alti costi di produzione e le basse efficienze dei prodotti in commercio (minori di un fattore 3 rispetto a quelle prima riportate, relative a celle prodotte in laboratori di ricerca) ne sono i principali responsabili.

Rispetto a questo dato, bisogna però sottolineare che il costo delle celle solari è sceso negli ultimi decenni, ma il trend complessivo segna, comunque, un forte ritardo in confronto a quello relativo ad altre tecnologie atte a produrre energia da fonti rinnovabili (e.s. eolico).

Negli ultimi sette anni le vendite delle celle solari sono salite mediamente del 31% l'anno, raddoppiando ogni due anni, ma questo non basta, secondo gli esperti, a fare in modo che il fotovoltaico diventi una sorgente di elettricità a basso costo anche se il mercato si allargherà.

In quest'ottica, il ruolo dei Governi dovrebbe essere quello di creare degli incentivi per far sì che questo settore industriale si espanda.

I paesi che applicano gli incentivi più consistenti all'uso delle celle solari sono, attualmente, gli stessi in cui esistono i più grandi produttori di questo tipo di impianto, ovvero Giappone (100 Megawatt), Germania (75 Megavatt), Stati Uniti (32 Megawatt) e India (8 Megawatt).

I maggiori produttori sono Giappone con il 43% del mercato, Unione Europea con il 25% e gli Stati Uniti con il 24%2.

 
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