Materiali innovativi per il futuro del fotovoltaico, la chiave è nei film incapsulanti

Un team di ricercatori del Centro ENEA di Portici, Napoli, si è concentrato sui film incapsulanti mettendo a punto materiali innovativi per salvaguardare i pannelli fotovoltaici da umidità e raggi ultravioletti.

I test preliminari pubblicati su ScienceDirect sono molto incoraggianti e mettono in evidenzia che durabilità e resistenza ai raggi ultravioletti di questi nuovi film incapsulanti possono migliorare ulteriormente aggiungendo nella formulazione additivi appropriati”.

pv magazine Italia ha intervistato Valeria Fiandra, ricercatrice del Laboratorio ENEA Dispositivi innovativi e coatrice dello studio insieme ai colleghi Lucio Sannino, Concetta Andreozzi, Giovanni Flaminio (Laboratorio Energia e Data Science) e Michele Pellegrino (Sezione Metodologie, Approcci e Strumenti per l’analisi della Sostenibilità delle Tecnologie Energetiche).

pv magazine Italia: Qual è la principale scoperta del vostro studio?
Tra i diversi materiali che compongono un modulo fotovoltaico, i materiali polimerici per l’incapsulamento delle celle hanno una funzione determinante per garantire costanza nelle prestazioni, affidabilità e durabilità nel tempo. Poiché i moduli lavorano all’aperto e sono esposti a luce solare, pioggia, ghiaccio, neve, sabbia, la diminuzione della potenza è strettamente collegata all’invecchiamento dei materiali incapsulanti provocato dagli agenti atmosferici e all’effetto PID, degradazione indotta dal potenziale.

Quindi come garantire lunga durata?
Per garantire una durata di almeno 25 anni, il miglioramento tecnologico nella produzione dei moduli deve coinvolgere necessariamente i film incapsulanti e le loro caratteristiche ottiche, chimiche e meccaniche, oltre che l’efficienza di adesione tra i diversi materiali. Nel caso di un modulo realizzato con un incapsulante tradizionale (EVA), l’ingresso di vapore acqueo nella struttura provoca l’idrolisi del gruppo acetato e viene prodotto acido acetico che corrode i materiali metallici innescando una serie di reazioni di degradazione dei vari componenti. Negli ultimi anni, nuovi incapsulanti alternativi all’EVA, a base di poliolefine (PO), si stanno rivelando molto promettenti poiché mostrano una trasmittanza eccezionalmente elevata, una minore permeabilità all’umidità, una maggiore resistenza alle variazioni di temperatura, proprietà dielettriche che consentono di prevenire o ridurre l’effetto PID causato da alte tensioni, non producono acido acetico ed alcuni di essi, i film di PO termoplastico (TPO), che non reticolano, sono anche riciclabili.

State lavorando in questa direzione?
Esatto. La nostra attività di ricerca è concentrata sui nuovi materiali polimerici ad alta trasparenza utilizzabili per l’incapsulamento di celle a base di Silicio e viene svolta mediante test approfonditi per valutare il loro danneggiamento causato dall’esposizione alle radiazioni UV e agli agenti atmosferici. Per ottenere una ragionevole valutazione dell’affidabilità di questi film altamente trasparenti ai raggi UV, conduciamo prove in cui li esponiamo ad un invecchiamento accelerato in una camera climatica ed analizziamo le variazioni nelle loro proprietà ottiche, chimiche e strutturali. Inoltre, la valutazione dell’effetto delle radiazioni UV viene effettuata sulle prestazioni elettriche dei mini-dispositivi fotovoltaici realizzati in laboratorio con i nuovi incapsulanti a base di PO.

Cosa indicano i risultati finora ottenuti?
Tra i diversi film trasparenti ai raggi UV che sono stati testati, gli incapsulanti a base di poliolefine termoplastiche hanno una maggiore stabilità nel comportamento a lungo termine ed ottime caratteristiche ottiche e chimiche.

Quali sarebbero i primi passi per una reale applicazione dei materiali alternativi?
Poiché negli ultimi anni il progresso tecnologico ha permesso la produzione di celle fotovoltaiche più resistenti ai raggi UV, è possibile utilizzare un incapsulante trasparente, senza bloccare i raggi UV, per generare più energia. Pertanto, nel progetto di produzione di un modulo fotovoltaico, l’uso di un incapsulante trasparente e resistente ai raggi UV potrebbe essere molto utile per aumentare l’efficienza di un modulo. I nuovi incapsulanti, a base di poliolefine termoplastiche, altamente trasparenti, consentirebbero di sfruttare l’intero range di lunghezze d’onda della radiazione solare e massimizzare l’efficienza di conversione dell’energia solare.

Alcuni dei materiali polimerici testati possono essere riciclati?
Sì! Stiamo conducendo parallelamente alcuni test per separare i diversi materiali derivanti dai moduli a fine vita allo scopo di recuperare e riciclare oltre ai materiali valorizzabili quali rame, argento, alluminio, vetro, anche i materiali polimerici che costituiscono circa il 10% in peso del modulo. L’utilizzo di incapsulanti riciclabili consentirebbe di ridurre al minimo i rifiuti generati a fine vita e contribuirebbe positivamente all’intero ciclo di vita del modulo.

Quali passi concretizzare il tutto nel mercato reale?
Siamo attualmente in contatto con diverse aziende che producono film polimerici per migliorare la formulazione di nuovi incapsulanti a base di PO senza necessità di stravolgere linee produttive industriali già esistenti. Nuovi materiali saranno commercializzabili in tempi molto brevi.

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