La tecnologia fotovoltaica per la produzione di energia è relativamente giovane: la prima cella al Silicio è stata realizzata all’inizio degli anni Cinquanta, presso i celebri Laboratori della Bell Telephon. Per diversi anni la ricerca e le prime applicazioni sono state indirizzate esclusivamente al settore spaziale: tutti abbiamo presenti le immagini dei satelliti con quelle larghe ali luccicanti orientate verso il Sole per convertirne la luce in energia elettrica necessaria alle manovre e alle attività a bordo.
Solo dopo la prima crisi petrolifera (1973) si è iniziato a pensare alle possibili applicazioni “terrestri” e a poco a poco si sono visti i tipici pannelli blu sui tetti degli edifici e si sono realizzati i primi progetti di solar farm, cioè grandi aree coperte di pannelli per alimentare impianti solari di grande taglia, dell’ordine di centinaia di kW fino a qualche MW e anche oltre.
In Italia nel 1998 era stato lanciato il programma “100.000 tetti fotovoltaici” che finora è stato realizzato solo in parte; ma negli ultimi tempi assistiamo a un’accelerazione del ritmo di installazioni.
Proprio in questi giorni è stato presentato il Secondo Rapporto del GSE (Gestore Servizi Elettrici) che illustra le attività nel campo delle fonti rinnovabili nel 2007 e mostra come probabilmente imeccanismi di promozione dell’energia solare fotovoltaica introdotto nel 2005 e aggiornati nel febbraio 2007, stiano dando i loro risultati. Con riferimento al primo Conto Energia a fine 2007 risultavano in esercizio 4.003 impianti per complessivi 49 MW di potenza. L’energia prodotta nel 2007 è stata pari ad oltre 10 milioni di kWh, cui è stato corrisposto un incentivo di 25,5 milioni di euro. Con il nuovo Conto Energia, a fine 2007 risultavano in esercizio 838 impianti per una potenza complessiva di 3,8 MW; l’energia corrispondente prodotta nel 2007 è stata pari a 1,3 milioni di kWh, con un incentivo di mezzo milione di euro. E l’aggiornamento al primo semestre 2008 è ancor più lusinghiero. Il numero di impianti fotovoltaici entrati in esercizio ha raggiunto a fine giugno 2008 il valore di 12.400, con incrementi mensili di oltre 1.000 impianti mentre la potenza installata è pari ad oltre 130 MW, con incrementi mensili superiori ai 10 MW.
Nei prossimi mesi, con la prevista entrata in servizio di impianti di maggiori dimensioni, si ritiene che la potenza installata possa crescere molto più rapidamente di quanto è finora verificatosi. Gli incentivi complessivamente erogati a partire dall’avvio del Conto Energia, sono stati pari a circa 34 milioni di euro, per una produzione circa 41 milioni di kWh. Quindi una situazione molto positiva, che può far pensare all’Italia come a uno dei protagonisti del fotovoltaico mondiale; anche se ancora ben lontana dalle performance di Giappone e Germania che guidano la corsa allo sviluppo di questa fonte energetica.
Una situazione che peraltro non può indurre a minimizzare i problemi che ancora limitano i vantaggi del solare fotovoltaico e che, d’altro canto, dovrebbe spingere a incrementare gli investimenti in ricerca e sviluppo. Le prospettive del fotovoltaico infatti solo legate soprattutto ai progressi nell’innovazione che portino ad aumentare l’efficienza dei pannelli e a ridurne i costi di produzione e quindi ad aumentare il rendimento degli impianti fotovoltaici che è ancora confinato a livelli del 15-20%. Progressi che dovrebbero consentire di rendere i costi complessivi di questa fonte energetica competitivi con quelle tradizionali.
Le linee di ricerca più interessanti sono orientate a realizzare dispositivi fotovoltaici con materiali e tecnologie diverse da quelle utilizzate finora, cioè il Silicio cristallino. La realizzazione delle celle fotovoltaiche infatti parte dalla produzione di dischi (wafer) di Silicio – gli stessi destinati all’industria microelettronica – per ricavarne celle della superficie di 150-200 cm2 che vengono opportunamente connesse tra loro e assemblate in moduli piani della potenza compresa tra 50 e 200 watt. La ricerca punta ad aumentare l’efficienza di tali moduli, come pure a ottimizzare l’automazione dei processi di fabbricazione e a ridurre il consumo di Silicio.
Tuttavia le soluzioni più promettenti derivano dall’impiego dei cosiddetti film sottili, che ricorrono a Silicio amorfo invece che cristallino e arrivano a spessori non superiori a qualche micron (milionesimo di metro). Ultimamente anche il Silicio amorfo è stato superato, per non aver risposto alle attese, e le ricerche più avanzate puntano su altri materiali dai nomi impronunciabili come il Telluriuro di Cadmio, il Diseleniuro di Rame e Indio, il Diseleniuro di Rame Indio e Gallio, oltre a sperimentare celle con combinazioni di Silicio amorfo e microcristallino.
Ma oltre alle ricerche sulla tecnologia dei pannelli, c’è chi si spinge ancor più in là nell’immaginare soluzioni completamente innovative e in grado, se attuate, di dare prestazioni di un livello incomparabile con gli impianti attuali.
Una prima proposta è stata avanzata su Science del 20 giugno e tende a recuperare la parte infrarossa (IR) della radiazione solare che le normali celle al Silicio non riescono a convertire in energia elettrica. Un gruppo di fisici degli Idaho National Laboratory (INL) sta perfezionando delle speciali antenne d’oro in grado di catturare i raggi IR, collegate con un rettificatore che trasforma la radiazione infrarossa in corrente elettrica. Per poter ricevere gli infrarossi, la cui lunghezza d’onda è tra 0,7 micron e 1 mm, le antenne devono avere dimensioni micrometriche: i fisici degli INL hanno trovato il modo di stampare milioni di piccole antenne dorate a spirale quadrata su placchette di plastica. Il problema restano i rettificatori: attualmente non ce ne sono in grado di passare da onde di frequenza di 30 TeraHertz (migliaia di miliardi di Hertz) ai 50 o 60 della normale corrente alternata; ma gli ingegneri elettronici ci stanno lavorando.
Un’altra è stata presentata all’Euroscience Open Forum 2008 di Barcellona il 20 luglio scorso da Arnulf Jaeger-Walden dell’Istituto per l’Energia della CE e prevede una gigantesca installazione nel deserto del Sahara di pannelli fotovoltaici e di concentratori solari che alimentano un impianto di generazione di energia elettrica. L’energia prodotta, equivalente all’intero fabbisogno europeo, verrebbe poi trasferita sul continente tramite linee di trasmissione ad alta tensione in corrente continua (HVDC), molto più efficaci per le lunghe distanze di quelle in corrente alternata in quanto capaci di minimizzare le perdite al di sotto del 3% ogni mille chilometri. Questi cavi poi si allaccerebbero a una grande rete (supergrid) per interconnettere tutti gli stati in modo flessibile.
Un terzo progetto, che un tempo si sarebbe detto fantascientifico ma che ora non lo sembra più, riprende un’idea lanciata dal fisico Peter Glaser negli anni ‘60 e rilanciata ora dal National Security Space Office statunitense: si tratta della Space-Based Solar Power, cioè una stazione spaziale orbitante con una grande batteria di pannelli ultraleggeri che raccolgono la radiazione solari e la ritrasmettono a una stazione terrestre sotto forma di microonde a una frequenza tra i 2 e i 6 GHz.
Anche qui, come ha riferito Giovanni Caprara sul Corriere della Sera del 19 luglio, non siamo più solo sul piano delle ipotesi ma ci sono già numeri e date: si parla di un dimostratore in orbita entro il 2014 capace di generare 5 MW e di un impianto da 10 MW verso il 2017. E c’è anche il presidente dell’arcipelago di Palau, nel Pacifico, che ha già messo a disposizione una delle sue isole disabitate per un progetto pilota di centrale terrestre con un’enorme antenna in grado di captare le microonde energetiche ogni volta che la stazione orbitante sorvola la zona.