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Qual è la tecnologia successiva per l'industria solare?
Le installazioni di pannelli solari continuano a crescere rapidamente, ma l'industria manifatturiera dei pannelli solari è in stasi perché l'offerta supera di gran lunga la domanda (vedi Perché abbiamo bisogno di più aziende solari per fallire). Il mercato povero può rallentare l'innovazione, ma i progressi continuano; a giudicare dall'atmosfera di questa settimana alla conferenza degli specialisti del fotovoltaico IEEE a Tampa, in Florida, le persone del settore rimangono ottimiste sulle sue prospettive a lungo termine.
La tecnologia che ha sorpreso quasi tutti è il silicio cristallino convenzionale. Alcuni anni fa, i pannelli solari in silicio costavano $ 4 per watt e Martin Green, professore all'Università del New South Wales e uno dei principali ricercatori di pannelli solari in silicio, ha dichiarato che non sarebbero mai andati sotto $ 1 per watt. Ora si tratta di qualcosa come 50 centesimi di watt, e si parla di raggiungere 36 centesimi per watt, dice.
Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha fissato l'obiettivo di raggiungere meno di 1 dollaro al watt, non solo per i pannelli solari, ma per i sistemi completi e installati, entro il 2020 (vedi Perché le installazioni solari costano di più negli Stati Uniti che in Germania). Green pensa che l'industria solare raggiungerà questo obiettivo anche prima. In tal caso, ciò porterebbe il costo diretto dell'energia solare a sei centesimi per chilowattora, che è più economico del costo medio previsto per l'energia proveniente da nuove centrali elettriche a gas naturale. (Il costo totale dell'energia solare, che include il costo per i servizi pubblici per compensare la sua intermittenza, sarebbe più alto, anche se esattamente quanto più alto dipenderà da quanta energia solare c'è sulla rete e da altri fattori.)
Tutte le parti dell'industria dei pannelli solari in silicio hanno cercato modi per ridurre i costi e migliorare la produzione di energia dei pannelli solari, e questo ha portato a riduzioni costanti dei costi. Il verde indica qualcosa di banale come le paste utilizzate per serigrafare alcune delle caratteristiche sui pannelli solari. Il laboratorio di Green ha costruito una cella solare negli anni '90 che ha stabilito un'efficienza record per le celle solari al silicio, un record che resiste fino ad oggi. Per ottenere quel record, ha dovuto utilizzare costose tecniche di litografia per realizzare fili sottili per raccogliere la corrente dalla cella solare. Ma progressivi miglioramenti hanno permesso di utilizzare la serigrafia per produrre linee sempre più sottili. Ricerche recenti suggeriscono che le tecniche di serigrafia possono produrre linee sottili fino a 30 micrometri, circa la larghezza delle linee utilizzate da Green per le sue celle solari da record, ma a costi molto inferiori rispetto alle sue tecniche di litografia.
Green dice che questa e altre tecniche renderanno economico e pratico replicare i progetti della sua cella solare da record sulle linee di produzione. Alcune aziende hanno sviluppato tecniche di produzione per i contatti metallici frontali. L'implementazione del design dei contatti elettrici posteriori è più difficile, ma si aspetta che le aziende lo implementino successivamente.
Nel frattempo, i ricercatori del National Renewable Energy Laboratory hanno realizzato celle solari flessibili su un nuovo tipo di vetro di Corning chiamato Willow Glass, che è sottile e può essere arrotolato. Il tipo di cella solare che hanno realizzato è l'unico sfidante attuale al silicio in termini di produzione su larga scala: tellururo di cadmio a film sottile (vedi First Solar Shines as the Solar Industry vacilla). Le celle solari flessibili potrebbero ridurre il costo di installazione delle celle solari, rendendo l'energia solare più economica.
Uno degli ex studenti e colleghi di Green, Jianhua Zhao, cofondatore del produttore di pannelli solari China Sunergy, ha annunciato questa settimana che sta costruendo una linea di produzione pilota per una cella solare a due lati in grado di assorbire la luce sia dalla parte anteriore che da quella posteriore. L'idea di base, che non è nuova, è che durante alcune parti della giornata, la luce del sole cade sul terreno tra le file di pannelli solari in una centrale solare. Quella luce si riflette sul retro dei pannelli e potrebbe essere raccolta per aumentare la potenza. Questo funziona particolarmente bene quando i pannelli solari sono costruiti sulla sabbia, che è altamente riflettente. Laddove un pannello solare su un lato potrebbe generare 340 watt, uno su due lati potrebbe generare fino a 400 watt. Si aspetta che i pannelli generino dal 10 al 20 percento in più di elettricità nel corso di un anno.
Tali pannelli solari potrebbero essere montati verticalmente, come una recinzione, in modo che un lato raccolga la luce del sole al mattino e l'altro al pomeriggio. Ciò renderebbe possibile installare i pannelli solari su pochissimi terreni, ad esempio potrebbero fungere da barriere antirumore lungo le autostrade. Tale disposizione potrebbe essere utile anche in aree polverose. Molte parti del Medio Oriente potrebbero sembrare buone per i pannelli solari, dal momento che ricevono molta luce solare, ma frequenti tempeste di polvere riducono la produzione di energia. I pannelli verticali non accumulerebbero tanta polvere, il che potrebbe aiutare a rendere economici tali sistemi.
Anche a lungo termine, Green sta scommettendo sul silicio, puntando a sfruttare le enormi riduzioni dei costi già viste con la tecnologia. Spera di aumentare notevolmente l'efficienza dei pannelli solari in silicio combinando il silicio con uno o due altri semiconduttori, ciascuno selezionato per convertire in modo efficiente una parte dello spettro solare che il silicio non converte in modo efficiente. L'aggiunta di un semiconduttore potrebbe aumentare l'efficienza dal 20 al 25 percento a circa il 40 percento. Aggiungerne un altro potrebbe rendere fattibili efficienze fino al 50 percento, il che dimezzerebbe il numero di pannelli solari necessari per una determinata installazione. La sfida è produrre buoni collegamenti tra questi semiconduttori, cosa resa difficile dalla disposizione degli atomi di silicio nel silicio cristallino.