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Il fotovoltaico a concentrazione: cos’è e come funziona

Viene comunemente definito fotovoltaico a concentrazione quella tecnologia che ha una maggiore capacità di sfruttare i raggi solari rispetto a quella tradizionale. 

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Nello specifico, questo sistema è in grado di produrre l’energia con un maggior livello di efficienza ad un prezzo decisamente contenuto rispetto al sistema standard. Il fotovoltaico a concentrazione si base su una conversione immediata dei raggi solari in energia elettrica per mezzo appunto dell’ effetto fotovoltaico. Nonostante sia particolarmente vantaggioso attualmente non viene impiegato con frequenza se comparato alla tecnologia piana. Si prevede, però, che in futuro acquisterà una consistente fetta di mercato grazie alla sua maggiore efficienza.

Funzionamento e caratteristiche tecniche

A differenza di quello tradizionale, il fotovoltaico a concentrazione solare (CPV) si serve di:

• moduli utili a convogliare la luce del sole per mezzo di sistemi ottici, con specchi e lenti. Queste riflettono i raggi solari su celle fotovoltaiche ad alta efficienza che sono in grado di trasformarli velocemente in energia pulita;
• inverter (uno o più in base alle necessità) che permettono di convertire la corrente da continua ad alternata;
• componenti elettrici minori come protezioni, cablaggi e molto altro.


La possibilità di ridurre l’area delle celle fotovoltaiche utilizzate, grazie alla capacità di concentrazione della luce sull’area scelta, permette, non solo, di aumentare l’efficienza di conversione dell’energia, ma anche di ridurre il consumo e l’usura del materiale semi conduttore. La conseguenza più importante derivanti da queste caratteristiche è la possibilità di ridurre notevolmente i costi di produzione. Non solo, la parte inferiore delle celle fotovoltaiche è stata progettata affinché il calore accumulato possa essere correttamente disperso senza compromettere la qualità del sistema. Questo, infatti, viene adeguatamente dissipato in tutta la struttura sulla quale è montato il sistema fotovoltaico a concentrazione solare.

Quali tecnologie sono impiegate

Il fotovoltaico a concentrazione solare si serve principalmente di due tipologie di sistema: quello ad alta concentrazione (HC) e quello a bassa concentrazione (LC). 

Il primo necessita di una elevata accuratezza e precisione di puntamento dei raggi del sole. Per questa ragione è importante l’utilizzo di un sistema di inseguimento che sfrutti una tecnologia a doppio asse

Il secondo, invece, può utilizzare un sistema di inseguimento a singolo asse in quanto non richiede una esattezza di puntamento precisa come quella del primo caso. La versatilità del CPV permette, inoltre, che lo sviluppo della tecnologia possa influenzare positivamente altri settori che non siano unicamente e propriamente energetici come, ad esempio, quello della meccanica, delle nanotecnologie e dell’ottica.

Cosa rende il fotovoltaico a concentrazione così competitivo?

I pannelli vengono realizzati utilizzando minori quantità di silicio e, per questo, risultano complessivamente più economici. Il sistema può essere installato anche su superfici con metratura ridotta, in quanto l’impianto è di appena 2 centimetri di spessore e le celle solari multi-giunzione sono larghe appena mezzo millimetro quadrato. Le cellule fotovoltaiche riescono, inoltre, ad avere alte performance anche in condizioni di scarso irraggiamento solare. Pertanto anche in condizioni avverte il sistema a concentrazione è in grado di fornire energia pulita in quantità sufficiente.

Quali accortezze adottare con un impianto fotovoltaico a concentrazione

L’estrema efficienza di questo sistema a concentrazione richiede, di contro, la necessità di rispettare alcune accortezze per garantirne l’ottimo funzionamento e aumentarne la durabilità. Per prima cosa è opportuno considerare che le lenti e gli specchi, per svolgere in maniera efficiente la loro funzione riflettente, devono essere sgombri da polvere e detriti. È quindi indispensabile pulire accuratamente l’impianto affinché funzioni al meglio delle sue possibilità.
Un altro fattore da tenere in considerazione è la possibilità che si verifichi un surriscaldamento delle celle. Questa problematica potrebbe rendere necessari adeguati sistemi di raffreddamento, che possono a loro volta consumare energia.

L’affidabilità del sistema fotovoltaico a concentrazione

Il fotovoltaico a concentrazione ha raggiunto un elevato grado di maturità TRL: Technology Readiness Level 9 su una scala che va da 1 a 9 (punteggio massimo per un sistema reale provato in ambiente operativo).
Infatti, secondo alcune ricerche condotte sull’utilizzo e la funzionalità dei differenti sistemi di produzione di energia pulita, il fotovoltaico a concentrazione presenta un’efficienza del 30% superiore rispetto al fotovoltaico piano. Non solo, qualora fosse possibile diminuire il riscaldamento delle celle fotovoltaiche, questo potrebbe superare il fotovoltaico piano per un valore pari o superiore al 73%.

L’impatto ambientale

Il fotovoltaico a concentrazione ha un impatto ambientale contenuto poiché esso presenta un consumo di materiale semiconduttore ridotto rispetto a quello tradizionale. Esso è un sistema di generazione energetica da fonti rinnovabili e, proprio per questa ragione, il suo utilizzo in ambiti differenti come quello domestico o industriale, permetterebbe di impiegare quasi esclusivamente elettricità a zero emissioni, dunque, energia totalmente green. 

Uno degli istituti più impegnati sulla ricerca di questo sistema è l’RSE e il responsabile del progetto Fotovoltaico ad alta concentrazione Salvatore Guastella spiega come il CPV registri alti rendimenti (in laboratorio hanno registrato fino al 47%) e di come il fotovoltaico a concentrazione occupi meno spazio a parità di generata potenza. Questo fattore risulta estremamente importante ed è necessario tenerlo considerazione, soprattutto in un paese come l’Italia in cui è necessario contenere l’impiego di suolo.

Fonti:
· Fotovoltaico a concentrazione solare di S. Lombardo CNR, C. Cancro, G. Graditi, E. Terzini ENEA, G. Timò RSE. http://www.pdc.minambiente.it/ sites/default/files/progetti/ fotovoltaico_a_concentrazione_ solare.pdf
· Intervista all’ingegnere Salvatore Guastella http://www.resmagazine.it/ 2019/12/19/fotovoltaico-a- concentrazione-rse/
· https://www.nature.com/ articles/nenergy2017113 

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