Sfida all'efficienza: due nuove ricerche nel fotovoltaico svelano diverse strategie per massimizzarla
di Giulia Favetti pubblicata il 25 Ottobre 2022, alle 10:28 nel canale Energie Rinnovabili
A pochi giorni di distanza due team accademici hanno pubblicato i loro paper per pannelli fotovoltaici con un’efficienza superiore al 22%, economici e duratori
Come nella matematica la soluzione a un problema non è mai una sola, allo stesso modo la ricerca nel settore fotovoltaico sta vagliando diverse strade per aumentare l’efficienza delle celle solari.
A pochi giorni di distanza l’uno dall’altro, sono stati pubblicati due studi riguardo strategie per aumentare l’efficienza, sfiorando il 30%. La prima arriva dalla Cina, dove un gruppo di ricerca guidato dal Prof. YE Jichun presso il Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha sviluppato celle solari monolitiche in perovskite/silicio nero (b-Si, black silicon) ad alte prestazioni con un tunnel contatto passivato di ossido (TOPCon), ottenendo un'efficienza di conversione di potenza certificata (PCE) del 28,2%. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Joule.
I tandem perovskite/silicio (di cui abbiamo parlato in questo articolo) vengono visti come una strada molto promettente per aumentare il PCE delle celle solari con un costo relativamente basso, tuttavia ci sono numerosi aspetti che devono essere migliorati. A tal fine il team di ricerca ha sviluppato le prime celle solari tandem monolitiche perovskite/silicio basate su b-Si abbinate a strutture TOPCon e scoperto che la ricostruzione della superficie del b-Si contribuisce a un eccellente compromesso tra la passivazione superficiale di alto livello e l'intrappolamento della luce a banda larga. I punti deboli del tandem perovskite/silicio.
Con una tensione a circuito aperto di 1,80 V, un fattore di riempimento dell'81,8% e una densità di corrente di cortocircuito di 19,2 mA/cm2, le celle solari monolitiche preparate in perovskite/b-Si TOPCon in tandem producono un PCE certificato pari al 28,2% , che è tra i valori più alti ad oggi riportati per questo tipo di celle solari.
Nella Corea del Sud un team di ricerca affiliato all’UNIST (Ulsan National Institute of Science & Technology), guidato dal professor Kyoung Jin Choi, in collaborazione con il professor Jung-Kun Lee e il suo gruppo di ricerca dell'Università di Pittsburgh negli Stati Uniti, è riuscito a ottenere un'efficienza di conversione di potenza del 23,50% in una cella solare tandem perovskite-silicio costruita con uno speciale film polimerico con rivestimento antiriflesso (ARC) strutturato. Secondo il team di ricerca, il PCE del dispositivo con la pellicola ARC è stato mantenuto per 120 ore al 91% del suo valore iniziale.
La sperimentazione ha dimostrato sistematicamente che una combinazione di nanoparticelle di biossido di silicio (SiO2) e grandi particelle di fosforo può convertire i raggi ultravioletti (UV) in luce visibile e aumentare la trasmittanza diffusa – ovvero la capacità di un materiale di lasciarsi attraversare da una parte della luce incidente - totale della pellicola ARC, riducendo al contempo la riflettaza.
Il PCE del dispositivo con la pellicola ARC è stato mantenuto per 120 ore, mantenendo il 91% del suo valore iniziale, mentre il PCE dei dispositivi esistenti è sceso al 90% della sua efficienza iniziale dopo 5 ore e al 50% dopo 20 ore; anche l'efficienza iniziale della cella solare è aumentata di quasi il 4,5% rispetto alla precedente. "Questo film ARC di ingegneria ottica promuove con successo l'assorbimento della luce della cella solare tandem perovskite/silicio, portando al miglioramento dell'efficienza di conversione di potenza della cella tandem dal 22,48% al 23,50%", ha osservato il team di ricerca. I risultati sono pubblicati sulla rivista scientifica Advanced Functional Materials.
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14 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - infoDi questo passo potremmo riuscire ad arrivare ad un'efficienza di conversione intorno al 33% nel giro di pochi anni il che sarebbe già parecchio: 1 m2 di superficie fornirebbe 330Wh circa e per un impianto di 3.3kWp basterebbero 10m2 ovvero 5 pannelli, davvero tanta roba.
Non capisco cosa significhi. I pannelli esistenti dopo 20 ore di uso hanno il 50% di efficienza rispetto all'inizio? Si ripendono dopo uno stato di riposo?
Non capisco cosa significhi. I pannelli esistenti dopo 20 ore di uso hanno il 50% di efficienza rispetto all'inizio? Si ripendono dopo uno stato di riposo?
idem.
poco chiaro.
Di questo passo potremmo riuscire ad arrivare ad un'efficienza di conversione intorno al 33% nel giro di pochi anni il che sarebbe già parecchio: 1 m2 di superficie fornirebbe 330Wh circa e per un impianto di 3.3kWp basterebbero 10m2 ovvero 5 pannelli, davvero tanta roba.
Se non ho capito male queste sono efficienze di cella, poi le celle vanno assemblate per fare un pannello, i pannelli vanno collegati per fare una stringa e poi va portata la tensione dc ad ac 230 V. Nel fare tutto questo si perdono alcuni punti percentuali ad ogni passaggio per arrivare a rese significativamente inferiori.
Si confermo, si perde qualcosa soprattutto trasformando la tensione da dc ad ac nell'inverter.
Quello che secondo me è buono in senso generale è la continua ricerca per migliorare la tecnologia, non mi aspetto in tempi brevi efficienze del 50% ma si progredisce con un buon ritmo imho.
Quello che secondo me è buono in senso generale è la continua ricerca per migliorare la tecnologia, non mi aspetto in tempi brevi efficienze del 50% ma si progredisce con un buon ritmo imho.
Ho trovato questa analisi che è piuttosto impietosa sulla perdita di efficienza e si parla del 25%:
http://www.consulente-energia.com/a...eggiamento.html
Questo che è uno strumento ufficiale dell'EU per calcolare la producibilità di un impianto fv ha di standard una perdita del 14%:
https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/it/
Le perdite di sistema comprendono tutte le perdite nell'impianto che riducono l'energia resa alla rete elettrica rispetto all'energia prodotta dai moduli. Ci sono vari tipi di perdite, così come perdite resistive nei cavi, perdite nell'inverter, polvere o neve et cetera. In più, col tempo i moduli tendono a perdere un po' di potenza, e per questo motivo la resa media calcolata per tutta la vita dell'impianto sarà meno della resa nei primi anni.
Suggeriamo un valore di default per le perdite di 14%, incluso l'effetto di invecchiamento. Se si pensa di avere perdite più basse (forse con un'inverter ad alta efficienza) si può ridurre la perdita di sistema.
In aggiunta a queste perdite c'è la perdita dovuta al collegamento delle celle per fare un pannello.
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