1. European Union 11-15 April 2011
Sustainable Energy Week
Solare Fotovoltaico a
Concentrazione
e le sue prospettive di
competitività
Piero Salinari
Data 15 Aprile 2011
EUROPEAN
COMMISSION

2. L’obiettivo “competitività”
Il solare fotovoltaico, nelle sue mille forme,
è oggi in forte crescita grazie alle varie incentivazioni,
che, in pochi anni, hanno già ottenuto il risultato
di ridurne i costi di un fattore due,
ma deve ancora ridurli di un altro fattore due per diventare
direttamente competitivo con le energie NON rinnovabili.
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3. L’obiettivo “competitività”
Fra le tre metodologie seguite per compiere quest’ultimo
passo:
1.Riduzione costo del “flat plate” con nuove tecnologie
2.Concentrazione con dicroico
3.Concentrazione con celle multigiunzione
L’ultima è la più matura, mi concentrerò quindi solo
sull’uso di
celle multigiunzione
(con riferimento alle celle Spectrolab, attuamente le
migliori sul mercato)
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4. Di che si tratta?
Sono tre (in futuro più di tre) diverse celle fotovoltaiche
disposte in serie che catturano, una dopo l’altra, le
diverse componenti cromatiche della luce solare.
La struttura della serie deve garantire una buona
trasmissione della luce e della corrente ed è quindi
piuttosto complessa
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5. • GaInP (1.88 eV, <660 nm)
• GaInAs (1.41 eV, <880 nm)
• Ge (0.67 eV, < 1850 nm)
La combinazione di questi
semiconduttori in cascata
consente di:
• Aumentare l’efficienza
fotoeletrica
• Estendere la banda ottica
utilizzata
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8. Confronto con Silicio “flat Plate”
Le celle multigiunzione utilizzano una banda
più larga di quella del Silicio
MA
Si può concentrare solo la radiazione
“diretta e circumsolare”
Il vantaggio in potenza solare utilizzata è modesto:
+6%
Mentre l’efficienza di trasformazione foto-elettrica è
doppia
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11. A che punto siamo?
Le due soglie della figura precedente, tradotte in Euro, sono:
1. Ammortamento in 5 anni ∼ 1200 €/kW
2. Pareggio con costo energia NON rinnovabile ∼ 800 €/kW
I migliori sistemi fotovoltaici “flat plate” costano > 2000€/kW
I migliori sistemi multigiunzione costano ∼ 2000€/kW
Il multigiunzione è già competitivo col silicio “flat plate” ma ancora
lontano dalla prima soglia di appetibilità non incentivata . . .
I primi sistemi multigiunzione in commercio hanno sfruttato solo la
parte facile da sfruttare del potenziale del multigiunzione
Il progetto FAE
(Fotovoltaico ad Alto Rendimento)
Si propone di sfruttarne l’intero potenziale
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13. Quali sono gli spazi per l’ottimizzazione?
Il primo e più importante è
AUMENTARE LA
CONCENTRAZIONE
all’attuale ≤ 500 a ∼ 1000
Questo consente di dimezzare il
numero di componenti ottici
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14. Il secondo è di sfruttare al massimo l’efficienza delle celle
multigiunzione attraverso:
A.Un sistema di raffreddamento innovativo che, pur a
concentrazione maggiore, riduca le perdite di efficienza delle
celle per effetti termici
B.Un accoppiamento ottico che elimini le perdite per riflessione
sulla cella
A.Un’ottica di concentrazione molto efficiente in trasmissione e
con illuminazione uniforme
Il terzo, ovviamente, è un’industrializzazione attenta ai costi ma che
non riduca la qualità
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15. Se la pratica conferma la teoria . . .
Gli studi numerici preliminari per FAE hanno già identificato soluzioni che
consentono di ottenere le seguenti prestazioni:
•Concentrazione 970 eff 96%
•Temperatura media celle 60 ºC eff
92%
•Uniformità di illuminazione ± 40% eff 98%
•Perdita per accoppiamento ottico 4% eff
110%
•Perdita per trasmissione nel concentratore 8% eff
92%
eff tot. 91,24%
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16. L’efficienza in operazione della cella Spectrolab verrebbe così ridotta
dal 41,6%
in condizioni ideali (concentrazione 364, T = 25 ºC)
della cella nuda (perdita per riflessione ∼14%)
al 36,5%
di una cella con buon contatto ottico (perdita per riflessione ∼4%)
e con raffreddamento ed ottica ottimizzati.
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17. . . . l’obiettivo può essere raggiunto!
L’efficienza con celle in commercio può salire dall’attuale ∼ 25% ad oltre il 35%
(un fattore 1,4)
MENTRE il numero di componenti costosi si dimezza
(un’altro fattore ≥ 1,5)
In totale il fattore sarebbe ≥ 2,1
Ed il costo proiettato dall’esistente (2000/2,1)
≤ 952 €/kW
Sarebbe ben sotto la prima soglia
(ammortamento in 5 anni, 1200 €/kW)
e poco sopra la seconda
(pareggio con NON rinnovabili, 800 €/kW)
A costo dei combustibili costante . . .
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18. zi o ne!
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Graz
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