Una nuova cella solare con un'efficienza da record del 30.1% potrebbe trasformare il potenziale commerciale dei pannelli solari, chiede James McKenzie
I pannelli solari esistono da decenni, infatti ora sono un vista comune sulle case anche nelle nazioni in gran parte nuvolose e buie del nord Europa. Più economico e più facile da installare che mai, la domanda è: perché i pannelli solari non sono installati in ogni singola casa? Principalmente, dipende dal costo. I consumatori desiderano semplicemente un rapido ritorno sull'investimento.
Avendo lavorato nel settore dei diodi a emissione di luce (LED) per molti anni, ricordo quanto sia stato difficile convincere le persone a comprare qualcosa – l'illuminazione a LED – che costasse più di una vecchia lampada a filamento. Perché spendere soldi quando non otterresti alcun rimborso per 10 anni o più? Le nuove lampadine andavano bene per gli eco-guerrieri dalla mentalità verde, ma non per i normali scommettitori.
Fortunatamente, l'efficienza, il costo e la qualità dei LED sono migliorati ei consumatori hanno iniziato a rendersi conto che l'illuminazione a LED sarebbe sopravvissuta abbastanza a lungo da recuperare l'esborso iniziale. Una volta che i tempi di ammortamento sono scesi al di sotto dei cinque anni, le cose hanno iniziato davvero a funzionare. Infatti, l'illuminazione a LED odierna può fornire più di 100 lumen per watt (il doppio rispetto ai prodotti di fascia alta), il che significa che sono l'unica scelta pratica, con un ritorno dell'investimento in mesi.
Selettivo divieti di sorgenti luminose inefficienti ha aiutato, ovviamente, ma i LED hanno avuto successo grazie al progresso tecnico unito alle economie di scala. Quindi sta per succedere la stessa cosa con i pannelli solari? Nel Regno Unito, il governo ha avviato le cose nel 2010 con tariffe feed-in (Si adatta). Chiunque immettesse in rete l'elettricità generata dai pannelli solari riceveva pagamenti di 41.3 p/kWh (pence per chilowattora) – in un momento in cui l'elettricità era di circa 10 p/kWh. Le tariffe hanno portato molte persone a montare pannelli solari fotovoltaici (PV), con installazioni passando da 140,000 nel 2011 a 1.2 milioni entro la fine dello scorso anno.
Guadagni di efficienza
Nel 2010, i pannelli fotovoltaici solari commerciali erano a base di silicio con efficienze tipicamente del 15%. Se li hai acquistati da un produttore rispettabile, alcuni pannelli potrebbero durare per decine di anni, un tempo sufficiente per ottenere un ritorno sull'investimento. Ma come un rapporto 2020 dell'Agenzia internazionale per le energie rinnovabili trovato, il costo del solare fotovoltaico è diminuito a livello globale dell'82% tra il 2010 e il 2019, con efficienze dei pannelli ora vicine al 22%.
In effetti, tutte le energie rinnovabili sono diminuite di prezzo, compreso l'eolico on-shore e off-shore e l'energia solare concentrata, con il solare che è sceso del 13% nel solo 2019 a poco più di 5 p/kWh. Nonostante lo sconvolgimento del settore solare del Regno Unito in seguito la fine dei FiT nel 2017-2018, è probabile che il Regno Unito installerà più di 1 GW di energia solare fotovoltaica entro la fine del 2022 secondo il fisico Finlay Colville, responsabile ricerche di mercato presso Media solari.
Inoltre, le indicazioni suggeriscono che il Regno Unito potrebbe avere un totale di 40 GW di solare fotovoltaico installato entro il 2030 sui tetti di case e uffici e in pannelli solari montati a terra. All'inizio di quest'anno come parte del suo Piano di sicurezza energetica, il governo del Regno Unito cercherà anche di aumentare l'attuale capacità solare di 14 GW del Regno Unito, che secondo le stime potrebbe crescere fino a cinque volte entro il 2035.
Il costo è fondamentale. Il record mondiale di efficienza delle celle solari è attualmente del 47.1%, che è stato raggiunto nel 2019 dal personale negli Stati Uniti Laboratorio nazionale per le energie rinnovabili, che ha costruito sei celle solari a concentrazione di giunzione di vari materiali sotto l'illuminazione di 143 soli. Nessuna cella solare potrà mai essere economicamente conveniente come il buon vecchio silicio, ma un nuovo pannello solare “tandem”, presentato al recente Conferenza mondiale sulla conversione dell'energia fotovoltaica a Milano, potrebbe essere un punto di svolta, avendo un'efficienza del 30.1% sotto un'illuminazione di un solo sole.
La nuova cella potrebbe cambiare le regole del gioco, avendo un'efficienza del 30.1% con una sola illuminazione solare
Sviluppato da un team di varie università e istituti nei Paesi Bassi, la cella combina una cella di silicio convenzionale con una di perovskite, permettendole di sfruttare una frazione maggiore dello spettro solare. Questo perché la parte in silicio funziona bene con luce visibile e infrarossa, mentre la perovskite funziona meglio con luce ultravioletta e visibile. La perovskite consente inoltre a più del 93% della luce nel vicino infrarosso di raggiungere la cella di silicio.
Molti team in tutto il mondo stanno lavorando su celle tandem, inclusa l'azienda britannica Oxford fotovoltaico. Rivestendo una normale cella di silicio con un sottile film di perovskite, lo ha fatto ha raggiunto un'efficienza del 29.52% nel 2020, con la società che afferma che il suo materiale sintetico perovskite è conveniente e sostenibile. Con una fabbrica già costruita, Oxford PV intende essere la prima azienda a venderli celle solari di nuova generazione. I prodotti iniziali, progettati per tetti residenziali, genereranno il 20% in più di energia dallo stesso numero di celle.
Futuro soleggiato
L'energia solare ha un grande potenziale, con l'87% delle nazioni del mondo in grado di autoalimentarsi utilizzando meno del 5% della propria terra. Come ha sottolineato Elon Musk, gli Stati Uniti potrebbero fare il lavoro con poche centinaia di chilometri di pannelli solari in un piccolo angolo dello Utah. Ma il Regno Unito non è uno di quei paesi fortunati: il 12.5% dell'intera nazione dovrebbe essere ricoperto di pannelli solari per autoalimentarsi. È molto dato che solo il 6% del paese è costruito.
Il solare fotovoltaico sarà quindi parte del mix ma non l'intera soluzione. Dobbiamo aumentare l'efficienza delle celle solari mantenendo un limite sui costi di produzione, sugli inverter e sui costi di installazione per incoraggiare davvero l'adozione. La casa media di quattro persone nel Regno Unito ha attualmente bisogno di circa 16 pannelli solari funzionanti con un'efficienza di circa il 20% per autoalimentarsi. Dati i bassi livelli di luce solare nel Regno Unito, la regola empirica fino a poco tempo fa era che ci sarebbero voluti 11-14 anni prima che i pannelli solari si ripagassero da soli.
Ma secondo alcune stime, il ritorno dell'investimento sui pannelli solari è ora di appena quattro anni e ulteriori miglioramenti potrebbero accorciare ancora di più quel tempo. Con l'impennata dei prezzi dell'energia e la crisi del costo della vita, sembra che sia finalmente arrivato il momento del solare fotovoltaico.
