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Fotovoltaico a film sottile

silicio amorfo

Data: 19 apr 2009
ultima modifica: 1 lug 2009

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ℐl silicio amorfo depositato in film su un supporto opportuno rappresenta una scelta concreta per avere il fotovoltaico a costi bassi rispetto a pannelli che usano altre forme del silicio. I pannelli in amorfo vengono indicati con la sigla a-Si e hanno costi di molto inferiori rispetto al monocristallino e al policristallino.

Solar buzz riporta i prezzi al dettaglio di mese in mese, per esempio ad aprile 2009 per le tre tecnologie del silicio (mono, poli e amorfo), per un singolo pannello e senza le tasse, i prezzi più bassi sono rispettivamente di  €2.55 per watt, €2.59 per watt e di €1.89 per watt; tutti e tre i prezzi migliori sono in Germania. Per quantitativi più grandi si ottengono prezzi migliori.

I pannelli in a-Si necessitano di un quantitativo abbastanza basso di energia per essere prodotti, l'EROEI arriva fino a 10-12. Il rendimento di questi pannelli non è molto elevato e questa è la la loro maggiore pecca, per ogni metro quadrato di pannelli solari in silicio amorfo si ottengono tipicamente solo 60 watt di picco (Kaneka, qui le efficienze per alcuni pannelli fv).

Ci sono diverse tecnologie per costruire le celle in silicio a film sottile, singola giunzione, tripla giunzione, tandem (amorfo e microcristallino), ecc. A seconda della particolare tecnologia si hanno rendimenti più elevati ma anche costi più elevati.

Il silicio policristallino e quello monocristallino hanno costi superiori ma anche efficienze più elevate. Tipicamente per un metro quadro di pannelli di questo tipo si hanno potenze pari a 130-140 watt di picco.

Esiste un quarto incomodo che sono i pannelli fotovoltaici in tellururo di cadmio prodotti dalla First Solar che hanno attualmente i prezzi migliori del mercato. Questo un mio testo che li descrive. Un metro quadrato del semiconduttore Tellururo di cadmio ha tipicamente 105 watt di picco, un costo di produzione di 93 centesimi di dollaro al watt di picco e un prezzo di vendita del produttore di circa 1.70-1.80 $/Wp.


Silicio amorfo Silicio mono/policristallino Tellururo di cadmio
watt di picco / m2 60 140/130 105
costo al produttore ($/Wp) 1.50 2.25-2.50 (*) 0.93
(*) prezzo di vendita del produttore

L'amorfo ha caratteristiche particolari che però non cambiano i costi indicati, sono solo questioni tecniche. Dopo tre-sei mesi il rendimento iniziale dell'a-Si cala e si stabilizza su un meno 20% che è già compreso nella potenza del pannello indicata in etichetta. Quindi nei primi mesi avremmo un pannello più potente di quello indicato nelle specifiche. Inoltre l'efficienza intesa come capacità di trasformare l'energia del sole in energia elettrica è molto più bassa del monocristallino, quindi sono necessarie aree più grandi per avere la stessa energia.

Nel peggiore dei casi un pannello in a-Si ha nei primi 20 anni una potenza che è l'80% della potenza di picco, quindi se il prezzo di vendita è di 2€/Wp, in realtà diventa 2.5€/Wp (2€/0.80) per i pannelli dopo 20 anni di funzionamento, con un costo medio che è la via di mezzo. Comunque anche le altre tecnologie del fotovoltaico hanno gli stessi problemi di decadimento del rendimento, per questo generalmente i pannelli sono garantiti per l'80-85% della potenza dopo 20-25 anni, di qualsiasi tecnologia si tratti.



In più l'amorfo rispetto al monocristallino ha maggiore capacità di trasformare la luce solare quando il sole è forte (bassa dipendenza dell'efficienza dalla temperatura) e quando il sole è debole (con bassa luminosità l'efficienza è alta), sono differenze non di grande rilevanza, si parla di un 5-10-15%. Ci sono studi che dimostrano che in un anno si produce più energia per ogni watt di picco fatti con l'amorfo rispetto ad altre tecnologie.

Esiste anche l'amorfo depositato su supporto in acciaio invece che su vetro. La Unisolar (che ha chiuso ma promette di ritornare) usa una tecnologia seriale che deposita il silicio su lamiere di acciaio lunghe alcuni chilometri, la ditta afferma che le prospettive future sono di arrivare ad avere costi migliori rispetto alla deposizione su vetro. La tecnologia usata è quella della tripla giunzione per avere efficienze più alte. Molto spesso si usano "pannelli" (rotoli) unisolar integrati direttamente nel tetto.

Riassumendo i vantaggi dei pannelli in silicio amorfo sono un costo minore e un EROEI più alto della categoria, lo svantaggio è una maggiore superficie usata (dal 40 al 100% in più).

Da molti anni sono in funzione sistemi fotovoltaici che usano pannelli in silicio amorfo (il primo impianto da 1 Mw è del 1984), quindi non dovrebbero esserci preoccupazioni circa l'affidabilità di questa tecnologia. Certamente i pannelli devono essere stati fatti a regola d'arte per durare quanto promesso. Un interessante documento in pdf esamina la durata di uno dei primi impianti in a-Si  dopo 10 anni dalla sua costruzione.

Una interessante tabella di diversi anni fa (2005) che però da una idea delle efficienze dei diversi tipi di modulo:

Efficienza del modulo (%) Nome del pannello e tecnologia Potenza di picco (Wp)
11.0 WürthSolar WS31050/80 (CIS) 80
9.4 Shell Solar ST-40 (CIS) 40
9.0 First Solar FS65 (CdTe) 65
6.9 Antec-Solar ATF50 (CdTe) 50
6.4 Mitsubishi Heavy MA100 (single j. a-Si, VHF deposition) 100
6.3 Kaneka GEA/GSA (single-j. a-Si) 60
6.3 Uni-Solar US-64 (triple-j. amorphous silicon on Stainless Steel) 64
5.3 RWE Schott ASI-F32/12 (same bandgap a-Si tandem) 32.2

Compilata da Bolko von Roedern, 8/2005. Tabella originale link. Si noti che i moduli First Solar hanno efficienze più alte di quelle indicate (arrivano a 10.9). Credo che anche le altre tecnologie indicate in tabella siano avanzate in questi anni.

Per un piccolo impianto che voglia usufruire delle sovvenzioni statali (conto energia) i costi sono di circa 6000-7000 € per ogni Kw di picco installati, tutto compreso. Il costo dei pannelli è quindi molto basso rispetto al costi dell'installazione. Anche un risparmio del 40% sul costo dei soli pannelli incide relativamente nel costo complessivo dell'opera.

Nota:
prima stesura di questo articolo: 17 set 2005
riscrittura completa di questo articolo: 19 apr 2009

Aggiornamento 1 lug 2009: Un lungo testo in inglese racconta delle difficoltà di questa tecnologia comparata a quella a film sottile della First Solar (FS). Si fa un raffronto tra il costo di produzione dei pannelli in amorfo che è di circa 1.50 $/Wp nel migliore dei casi contro i 0.93 della First Solar.

Il testo è molto critico sulle possibilità di reggere il mercato di questa tecnologia in quanto l'amorfo costa al produttore quanto è il prezzo di vendita della FS (1.70-1.80 $/Wp) e poi per la sua bassa efficienza (circa 6%) comparata con quasi l'11% dei pannelli fotovoltaici in tellururo di cadmio della First Solar.

Inoltre entrambe queste tecnologie dovranno fare i conti con il costi in calare dei pannelli in silicio cristallino i cui prezzi di vendita dei costrittori vanno da 2.25 a 2.50 $ per watt di picco.



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Questo articolo è stato commentato 16 volte.

Ultimo commento inserito da kensan lunedì 7 maggio con il titolo: x Marta.

Commento:

Grazie per i complimenti.
Riguardo i pannelli in tellururo di cadmio ho scritto un articolo a riguardo:
http://www.kensan.it/articoli/Fotovoltaico_Tellururo_di_cadmio.php
trovi tutti gli articoli se cliccki sul tag "Solare fotovoltaico".

Se vai al link e ai commenti trovi la mia risposta. Ciao :)



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Data: 19 apr 2009
modifica: 1 lug 2009
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