Il fotovoltaico è uno dei protagonisti della transizione energetica globale. La sua crescita è stata rapidissima, i costi si sono ridotti e la ricerca scientifica sta lavorando per migliorarne ulteriormente le prestazioni. Ma quali sono i limiti delle tecnologie attuali? E quale ruolo potrà avere il solare nel ripensare il sistema energetico ora che in Italia si riprende in considerazione il nucleare? Ne parliamo con Simona Binetti, direttrice di MibSolar, il centro di ricerca del nostro ateneo dove si studiano i nuovi materiali e i dispositivi legati allo sfruttamento dell’energia solare nelle sue varie forme.
Professoressa Binetti, a che punto siamo con il fotovoltaico?
Il fotovoltaico oggi è un pilastro della transizione energetica globale. Nel 2026 abbiamo raggiunto i due terawatt di capacità installata nel mondo: per arrivare al primo terawatt ci sono voluti 65 anni, mentre per raddoppiare sono bastati gli ultimi due anni, dal 2024 al 2026: è un dato indicativo di una crescita impressionante. La quota del solare nella produzione mondiale di elettricità è ancora relativamente contenuta, ma se continueremo a installare capacità a questo ritmo il suo contributo diventerà centrale.
Quali sono i punti di forza del solare?
È una risorsa disponibile, con diverse intensità, praticamente in tutto il mondo; il fotovoltaico può contribuire a una produzione energetica più distribuita e raggiungere anche aree che non dispongono di un accesso adeguato a fonti di energia. Inoltre, oggi è una fonte a basso costo: la cosiddetta grid parity, il momento in cui produrre elettricità con il solare diventa competitivo rispetto ad altre fonti, è stata ampiamente raggiunta e superata quasi ovunque nel mondo. Anzi, in alcuni paesi il costo dell'energia elettrica prodotta dal solare è decisamente inferiore a quello delle altre fonti. Un altro aspetto importante è il tempo di ritorno energetico. Un impianto fotovoltaico al silicio recupera in genere circa in un anno l’energia impiegata per produrlo e installarlo. Considerando una vita utile di circa trent’anni, significa poter generare elettricità per decenni con zero emissioni di CO2 durante il funzionamento: un impatto molto contenuto in termini ambientali.
Il silicio continuerà a essere il materiale di riferimento nei pannelli?
Sì, è una tecnologia estremamente competitiva, con costi bassi ed efficienze elevate. I moduli commerciali raggiungono ormai un’efficienza di conversione dell’energia solare a cui sono esposti del 25%, vicina a quello che viene considerato il limite teorico del materiale, che è circa il 28%. Possiamo considerarla una tecnologia matura, anche se è ancora possibile migliorarne l’efficienza e ridurne ulteriormente i costi. La sfida è riuscire ad andare oltre i limiti attuali di conversione accoppiandolo ad altri materiali. È qui che entrano in gioco le celle tandem, che sfruttano materiali che possono spingere il rapporto di conversione oltre i limiti del silicio.
Ci spieghi in cosa consiste questa innovazione
L’idea è sovrapporre al silicio un secondo materiale capace di assorbire una porzione diversa dello spettro solare. In questo modo si può sfruttare meglio la luce aumentando l’efficienza complessiva del dispositivo. Da alcuni anni le perovskiti sono al centro dell’attenzione perché sono minerali particolarmente promettenti: in circa dieci anni, l’efficienza delle celle realizzate in laboratorio è cresciuta da valori iniziali intorno al 5% fino a oltre il 27%. L’obiettivo è arrivare a dispositivi che le utilizzano in tandem con il silicio per raggiungere efficienze intorno al 35-36%: si consideri che anche un solo punto percentuale in più di conversione genera un impatto importante sulla struttura dei costi delle installazioni e sulla loro ammortizzazione.
Ci sono aziende che stanno già investendo nella produzione industriale di queste celle. Restano però problemi da risolvere, soprattutto per quanto riguarda la stabilità: le perovskiti possono deteriorarsi a contatto con l’umidità, l’aria e la radiazione ultravioletta. Occorre quindi sviluppare sistemi di incapsulamento che garantiscano una durata paragonabile a quella dei moduli al silicio. Va inoltre affinata la gestione del piombo presente in alcune formulazioni, per evitare possibili rilasci in ambiente.
Il futuro del fotovoltaico non riguarda soltanto i grandi impianti. Su quali altre applicazioni si sta lavorando?
Una direzione è quella del fotovoltaico everywhere: materiali e dispositivi capaci di produrre energia anche in condizioni di illuminazione interna, per esempio contribuendo ad alimentare piccoli dispositivi elettronici. Un’altra possibilità è migliorare l’integrazione negli edifici. I pannelli possono diventare elementi architettonici, essere colorati o essere incorporati nelle facciate e nelle finestre. Anche il silicio consente già applicazioni di questo tipo, ma con i nuovi materiali si aprirebbero ulteriori possibilità grazie alla flessibilità e alla semitrasparenza.
Poi sono stati fatti grandi passi avanti nel settore dell’agrivoltaico, che studia come integrare pannelli e coltivazioni. L’agrivoltaico può individuare la configurazione più adatta a ogni coltivazione in base alle caratteristiche del terreno.
A Milano-Bicocca la ricerca su queste tecnologie è portata avanti anche grazie al laboratorio MIB-Solar. Ci racconta qualcosa della sua attività?
È nato nel 2010 dall’incontro tra gruppi che lavoravano su differenti tecnologie fotovoltaiche. L’idea era quella di mettere in comune competenze e strumentazioni per sviluppare un tipo di ricerca più applicativa e collaborare anche con le aziende. Nel tempo abbiamo continuato a occuparci di silicio su DSSC e ampliato il lavoro di ricerca anche ad altri materiali, tra cui perovskiti e calcogenuri. Il laboratorio oggi è un centro di ricerca di dimensioni contenute, ma con una reputazione significativa tra le realtà europee, ed è inserito in una solida rete di collaborazioni nazionali ed internazionali.
Arriviamo al tema del nucleare che è tornato in voga. Cosa ne pensa?
Credo che sia sbagliato mettere in contrapposizione nucleare e fotovoltaico. La transizione energetica e la lotta al cambiamento climatico richiedono di lavorare contemporaneamente su più fronti. Dove il nucleare è già presente, penso che debba essere mantenuto e affiancato alle rinnovabili. Il fotovoltaico è intermittente: non produce di notte e la sua crescita deve essere accompagnata dallo sviluppo dei sistemi di accumulo, delle batterie e delle reti.
Dove il nucleare non è presente, come in Italia, posso solo fare alcune considerazioni. Un elemento da tenere presente è il tempo: anche in una prospettiva ottimistica, la realizzazione di un impianto in Italia richiederebbe almeno quindici anni. Possiamo farlo, ma intanto dobbiamo continuare nel frattempo a investire nel fotovoltaico e nell’eolico, sviluppare gli accumuli e procedere con l’elettrificazione dei consumi. Se si decidesse di costruire un impianto nucleare, questo non dovrebbe fermare o rallentare gli investimenti nelle rinnovabili. Altrimenti rischieremmo di ritrovarci tra quindici anni con una capacità ancora insufficiente e una forte dipendenza dagli idrocarburi. Ci vorrebbe un confronto scientificamente corretto su costi, tempi e limiti delle diverse tecnologie.
