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Luce sul fotovoltaico organico

I pannelli solari OPV e lo sviluppo dell’energia solare in Europa.

di Maria Pia Rossignaud
23 luglio 2020
9 min di lettura
diMaria Pia Rossignaud
23 luglio 2020
9 min di lettura

L’energia solare è una delle fonti rinnovabili più sicure, tuttavia, ci sono alcuni aspetti che ne impediscono una più elevata distribuzione: i pannelli al silicio che si utilizzano per accumulare calore e trasformarlo in energia elettrica hanno costi rilevanti e sono difficili da smaltire. Per questo, negli ultimi anni si sta sviluppando una nuova tecnologia chiamata Organic PhotoVoltaics (OPV), basata su polimeri e altri componenti organici fotoattivi che permette di sfruttare pellicole di plastica molto sottili, flessibili e leggere che si possono installare praticamente ovunque.

Su tali fogli trasparenti sono poi stampate le componenti fotoattive con la tecnica del rotocalco, lo stesso procedimento che si utilizza per fare arrivare nelle edicole riviste o i quotidiani. La sequenza stampata ha uno spessore dell’ordine del micron e si può trasportare completamente avvolta, proprio come un rotolo di carta. I vantaggi più evidenti sono quelli di utilizzo pratico: non ci sono limiti alle dimensioni della pellicola, in quanto il processo di stampa si può facilmente adattare alle misure richieste, inoltre, la flessibilità, leggerezza e robustezza del materiale permettono l’utilizzo di qualsiasi superficie e supporto come base per il montaggio, dalle pareti di un palazzo a un pallone gonfiabile.

Quest’ultimo esempio non è citato a caso. In molti, infatti, stanno sviluppando la tecnologia OPV anche in funzione di una sua applicazione in situazioni di isolamento o emergenza, laddove sia particolarmente difficile raggiungere l’area con degli impianti di produzione elettrica tradizionali. Ponendo la pellicola su strutture gonfiabili, si può immaginare di poter paracadutare piccoli impianti fotovoltaici in aree non raggiunte dalla rete elettrica, ad esempio a seguito di incidenti o calamità: in questo modo sarebbe possibile ricaricare sistemi di illuminazione, diagnostica, radio o telefoni d’emergenza.

Un futuro pieno di benefici

I vantaggi pratici che ne derivano stanno spingendo importanti aziende, università ed enti di ricerca a investire negli OPV. Con l’avvento dell’Internet of Things (IoT) si avrà la possibilità di installare ricettori fotovoltaici negli elementi strutturali della costruzione (mattoni, tegole, piastrelle o altre strutture come le barriere antirumore e ogni altra superficie esposta alla luce) e questo apre a scenari interessanti e innovativi. Tale pratica, definita Building Integrated PhotoVoltaics (BIPV) permetterebbe di portare l’efficienza energetica degli edifici a livelli inimmaginabili oggi. Il tutto a costi estremamente più bassi.

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La sostenibile leggerezza dell'energia, il progetto OPV di Eni

Come esempio, si consideri che con un chilogrammo di silicio cristallino si possono produrre poco più due metri quadrati di moduli solari, mentre con la stessa quantità di sostanze organiche che compongono gli OPV, si potrebbe ricoprire di pannelli solari un intero campo da calcio. Inoltre, il pannello solare classico, in metallo e vetro con celle al silicio, necessita di supporti sufficientemente robusti da sostenere il peso della struttura e deve necessariamente essere installato rivolto verso Sud e alla giusta angolazione. Non rispettare questi vincoli significherebbe dover fare un lavoro (e investire) a vuoto: il pannello, infatti, non riuscirebbe a produrre energia elettrica in modo adeguato, oltre come già citato, agli imponenti costi di installazione e manutenzione di questo tipo di impianti.

Con gli OPV invece, la maggior parte di questi limiti sono superati: la flessibilità del materiale permette la sua installazione in maniera molto più semplice e, soprattutto, c’è il vantaggio di mantenere una buona efficienza anche in condizioni di luce diffusa, libera dal vincolo dell’orientazione: le pellicole OPV riescono infatti a catturare luce anche quando il cielo è nuvoloso o quando ce ne è una minima presenza, garantendo un assorbimento continuo dall’alba al tramonto. Purtroppo quella degli OPV è una tecnologia molto giovane e ancora in fase di sviluppo, per cui la sua applicabilità su larga scala non è ancora una realtà. Il discrimine fondamentale è, ovviamente, la resa energetica. A oggi, il record è stato raggiunto da Organic Electronic Technologies (OET), un team di ricerca e sviluppo sostenuto da SmartLine (un consorzio di 4 Paesi dell’Unione Europea, tra cui l’Italia, che si occupa di innovazione nei materiali di alta precisione e di sviluppo di manifatture innovative per i dispositivi elettronici), che ha registrato un’efficienza del 7,4% per una “cella OPV (fotovoltaica organica) a singola giunzione basata su un polimero stampato completamente mediante la tecnica del rotocalco”. Il team di OET punta a raggiungere un’efficienza del 9% nelle celle OPV entro il 2021 insieme ad altri progetti attualmente in lavorazione.

Una forte coesione a sostegno delle rinnovabili

Questa importante innovazione si inserisce in terreno reso molto fertile dalla recente svolta “green” che molti Paesi e l’Unione Europea in primis stanno cercando di perseguire, anche grazie a incentivi economici importanti. Infatti, secondo i dati dei bilanci annuali relativi al 2019, lo scorso anno si è registrato un aumento molto rilevante delle percentuali di energia prodotta dal sole. Una crescita davvero significativa delle energie rinnovabili è senz’altro sintomo del fatto che in Europa si stia iniziando ad agire concretamente per contrastare i cambiamenti climatici.

Come indicato dalle priorità emerse dalla Cop25 di Parigi e, successivamente, negli obiettivi esposti dalla nuova presidente della Commissione Europea, Ursula Von Der Leyen, le energie rinnovabili hanno la priorità nella svolta green che il Vecchio Continente sta cercando di sostenere. Eppure, nonostante la nuova decade non sia iniziata sotto i migliori auspici, dalle temperature record registrate negli oceani agli incendi devastanti che hanno investito USA, Australia, Amazzonia, l’anno appena trascorso ci lascia con qualche notizia positiva, nel campo dell’utilizzo e della diffusione del fotovoltaico nell’intera UE.

Nel 2019, secondo le stime di Solar Power Europe (SPE) analizzate dal portale specializzato qualenergia.it, nei 28 Stati membri UE si sono aggiunti in totale 16,7 GW di nuova potenza, +104% rispetto al 2018 che si era fermato a 8,2 GW di capacità realizzata in un anno. Lo stesso rapporto, interamente dedicato alle prospettive per il fotovoltaico in Europa, EU Market Outlook 2019-2023, evidenzia l’apertura di una fase espansiva in questa direzione che contempla il contributo di diversi mercati emergenti.

La spinta del fotovoltaico

Una crescita così significativa per il fotovoltaico europeo non si registrava da molti anni, almeno da quando, nel 2010-2011, si era verificato il primo boom di nuove installazioni trainate da Germania e Italia, grazie soprattutto agli incentivi fiscali ed economici. La situazione europea sembra molto promettente: la Spagna, pur essendo un vecchio mercato che per anni ha attraversato una forte stagnazione del settore, è tornata al primo posto in Europa con 4,7 GW installati nel 2019. A seguire troviamo Germania, Olanda e Francia, con rispettivamente 4-2,5-1,1 GW di nuova capacità installati nell’anno in corso. A sorpresa, al quinto posto si attesta la Polonia, con 784 MW, ben quattro volte in più rispetto ai dodici mesi precedenti.

L’Italia, invece, secondo le stime di SPE, con 598 MW si posiziona all’ottavo posto, dietro Ungheria e Belgio, in crescita rispetto al 2018 (+100 MW circa). Tuttavia, per rimanere in linea con l’obiettivo fissato dal Piano nazionale sull’energia e il clima (PNIEC), pari a 26,8 GW di fotovoltaico nel 2025, la crescita italiana dovrebbe progredire molto più velocemente fino ad attestarsi a 1 GW di media annuo. Ciononostante, i costanti richiami del Governo e del Presidente Giuseppe Conte alla sostenibilità come motore dell’azione programmatica dell’esecutivo nel breve periodo e l’istituzione del CIPRESS (Comitato Interministeriale per la Programmazione Economica e lo Sviluppo Sostenibile), fanno pensare a uno scenario favorevole affinché lo sviluppo di tali risorse sia implementato e diventi parte fondamentale delle risorse energetiche del Paese.

Ed è proprio su questa direttrice che si inserisce l’impegno di molte università ed aziende italiane investendo e facendo ricerca nella tecnologia OPV. Tra queste Eni, nel suo Centro Ricerche per le Rinnovabili e l’Ambiente di Novara. Affiancare, in un primo momento, ai pannelli solari tradizionali un supporto così versatile come quello delle pellicole fotovoltaiche potrebbe dare al fotovoltaico una posizione di predominanza nella produzione di energia elettrica nel giro di pochi anni. Senza contare che i progressi della ricerca riusciranno senz’altro ad incrementare l’efficienza di tali supporti e che, in definitiva, si potrà procedere alla progressiva sostituzione del sistema attuale con uno più funzionale, economico e, soprattutto, meno impattante per l’ambiente. In ultima analisi, anche alla luce degli eventi climatici estremi degli ultimi anni, avere la possibilità di fornire energia elettrica alle aree in difficoltà è una prospettiva che dovrebbe funzionare da catalizzatore per gli investimenti e l’ulteriore sviluppo nella tecnologia OPV.