Fotovoltaico con accumulo termico: i vantaggi della nuova tecnologia solare

Il mondo sta vivendo un cambiamento radicale nella dipendenza dalle risorse energetiche, passando dai combustibili fossili alle energie rinnovabili, con un'attenzione crescente all’accumulo termico fotovoltaico.

Nel 2021, l'energia rinnovabile è aumentata di 5.100.000 terajoule (TJ), con una crescita annuale del 15%, dimostrando l'interesse crescente per le soluzioni energetiche green.

Nonostante i progressi nel settore delle energie rinnovabili, secondo la Statistical Review of World Energy 2022, i combustibili fossili continuano a costituire una parte molto grande dell'energia che si utilizza nel mondo.

Inoltre, tra le varie fonti di energia rinnovabile utilizzate per de carbonizzare il sistema energetico, l'energia solare si distingue come la più abbondante avendo un ruolo cruciale nella produzione di elettricità green.

Nell'Unione Europea, l’energia elettrica generata con la tecnologia fotovoltaica ha contribuito per il 5,5% della produzione lorda di elettricità nel 2021, dimostrando il potenziale promettente della tecnologia energetica solare.

Tuttavia, le condizioni meteorologiche variabili rendono la produzione di energia fotovoltaica incostante, influenzando negativamente la quantità totale di energia rinnovabile generata.

Per affrontare queste difficoltà, è fondamentale abbinare l'energia solare con soluzioni di accumulo termico fotovoltaico. Questi sistemi possono migliorare l'efficienza e rendere l'energia solare ancora più efficace.

Accumulo termico fotovoltaico: una tecnologia efficiente per la transizione energetica

Il termine "Net Zero Emissions by 2050" rappresenta un obiettivo globale ambizioso: ridurre le emissioni di gas serra a zero entro l'anno 2050, un traguardo che richiede anche l'adozione e l'espansione di tecnologie avanzate come l'accumulo termico fotovoltaico.

Quest’obiettivo, promosso da organizzazioni come l'Agenzia Internazionale per l'Energia, prevede oltre che ridurre le emissioni inquinanti, anche di aumentare la capacità di rimuoverle dall'atmosfera.

Per raggiungere questo traguardo, è essenziale adottare tecnologie più sostenibili, migliorare l'efficienza energetica e ampliare l'uso delle energie rinnovabili attraverso specifiche strategie:

1. Espansione dell'accumulo termico fotovoltaico: Lo scenario "Net Zero Emissions by 2050" rileva l'urgenza di ampliare significativamente la capacità di accumulo termico fotovoltaico. L’obiettivo è aumentare questa capacità di circa quarantaquattro volte rispetto ai livelli attuali, raggiungendo circa 680 GW entro il 2030. Quest’ampliamento è cruciale per migliorare l'efficienza e la sostenibilità della produzione di energia solare.
2. Ruolo del Long Duration Energy Storage Council (LDESC): Allo stesso modo, il Long Duration Energy Storage Council (LDESC), un’organizzazione dedicata allo sviluppo di soluzioni di accumulo energetico a lungo termine, punta a potenziare la capacità delle tecnologie di accumulo a lunga durata tra 1,5 e 2,5 TW entro il 2040. Questo intervento è fondamentale per supportare una rete energetica stabile e sostenibile.

Questi sforzi oltre a rendere l'energia solare e le tecnologie di accumulo termico fotovoltaico più efficienti e durature, facilitando la transizione verso un futuro a zero emissioni.

Ampliando la capacità di accumulo e sviluppando nuove soluzioni, si possono compiere passi rilevanti verso una produzione di energia green e sostenibile.

Questo sforzo è cruciale per facilitare una transizione verso un sistema energetico a zero emissioni nette ed economicamente sostenibile.

I vantaggi dei sistemi fotovoltaici basati sul Silicio

I sistemi fotovoltaici basati sul silicio (Si), con una capacità installata globale superiore a seicento giga-watt, sono la tecnologia dominante nella conversione dell'energia solare.

Questo successo è dovuto a diversi vantaggi:

1. Abbondanza di Silicio: Il silicio è il secondo elemento più abbondante sulla Terra, assicurando una fornitura costante e accessibile per la produzione di celle fotovoltaiche.
2. Convenienza e Scalabilità: I costi dei moduli fotovoltaici al silicio sono diminuiti nel tempo, rendendo l'energia solare competitiva con le fonti energetiche tradizionali. La scalabilità dei moduli fotovoltaici permette di adattarli a diverse applicazioni.
3. Efficienza e Longevità: Le celle fotovoltaiche al silicio hanno raggiunto un'efficienza di conversione del 27,6% sotto irradiazione solare concentrata. Inoltre, offrono un'affidabilità e una durata di vita media di circa trenta anni.
4. Sostenibilità Ambientale: I sistemi fotovoltaici al silicio contribuiscono alla sostenibilità ambientale generando energia pulita e riducendo le emissioni di gas serra.

Sfide tecnologiche e innovazioni nel fotovoltaico

Le celle solari catturano la luce del sole per produrre elettricità. Tuttavia, non tutta l'energia solare può essere trasformata in elettricità.

Alcuni raggi solari hanno più energia di quella necessaria, invece di generare elettricità, questa energia in eccesso si trasforma in calore.

Questo fenomeno, chiamato perdita di termalizzazione, riduce l'efficienza delle celle solari.

Per migliorare l’efficienza delle celle fotovoltaiche, si posso utilizzare diverse tecnologie:

1. Celle Solari a Giunzione Multipla: Queste celle utilizzano diversi strati di materiali per catturare più tipi di luce solare. In questo modo, sfruttano meglio l'energia del sole e riducono la perdita di calore.
2. Nuovi Materiali: I ricercatori stanno studiando materiali nuovi e avanzati che possono assorbire meglio la luce solare. Questi materiali possono usare più energia dei raggi solari, riducendo il calore sprecato.
3. Accumulo Termico: Alcune innovazioni, come il sistema MOST (Molecular Solar Thermal) sviluppato in Svezia, usa le molecole speciali per immagazzinare l'energia in eccesso come calore. Questo non solo migliora la produzione di elettricità, ma può anche far durare di più le celle solari.
4. Raffreddamento Attivo: Alcuni nuovi sistemi possono raffreddare le celle solari per mantenerle a una temperatura più bassa. Questo aiuta a mantenere alta l'efficienza anche quando le celle sono molto esposte al sole.

La perdita di termalizzazione è una sfida per le celle solari, ma le nuove tecnologie possono aiutare a migliorare l'efficienza.

Grazie a queste innovazioni, si può sfruttare meglio l'energia del sole e rendere le celle solari, una scelta più efficace e duratura per produrre energia pulita.

Il sistema MOST: l’innovazione dai laboratori svedesi

In Svezia, una nuova tecnologia sviluppata dalla Chalmers University of Technology di Göteborg, sta rivoluzionando l'accumulo di energia solare.

Questo sistema, chiamato MOST - Molecular Solar Thermal, combina una cella solare tradizionale con un sistema di accumulo termico avanzato, offrendo grandi vantaggi per gli impianti fotovoltaici.

Il funzionamento del sistema MOST offre delle caratteristiche fondamentali per migliorare la produzione di energia rinnovabile con i sistemi fotovoltaici:

• Tecnologia Avanzata: Il sistema MOST utilizza speciali molecole organiche che possono assorbire la luce blu e ultravioletta. Queste molecole trasformano l'energia solare in una forma di energia termica ad alta energia, che può essere immagazzinata.
• Miglioramento dell'Efficienza: Questa innovazione aiuta a migliorare l'efficienza delle celle solari riducendo il calore in eccesso. Il sistema è progettato per raffreddare attivamente le celle solari, il che aiuta a mantenere la loro temperatura più bassa e quindi migliora la loro prestazione.
• Prolungamento della Vita delle Celle Solari: Operando a temperature più basse, il sistema MOST contribuisce a prolungare la durata delle celle solari, rendendo la tecnologia fotovoltaica più duratura e sostenibile.
• Materiali Comuni: Un altro vantaggio del sistema MOST è che utilizza materiali comuni come carbonio, idrogeno, ossigeno, fluoro e azoto, evitando così l'uso di materiali rari e costosi.

Il sistema MOST rappresenta un passo avanti rilevante nella produzione di energia solare, migliorando l'efficienza e la sostenibilità delle celle solari grazie alla sua capacità di immagazzinare l'energia termica e ridurre il riscaldamento.

Questa tecnologia innovativa potrebbe rendere le celle fotovoltaiche una scelta ancora più efficace per la produzione di energia rinnovabile.