Dove ricerca e industria si incontrano

Si parte da una lastra di vetro rettangolare, spessa pochi millimetri, e si arriva a un dispositivo in grado di convertire la radiazione solare in energia elettrica. Da oggi, il procedimento che porta da un oggetto all’apparenza tanto semplice a un altro così sofisticato ha luogo presso l’Istituto per le energie rinnovabili di Eurac Research.

“Possiamo pensare all’assemblaggio di un modulo fotovoltaico come alla preparazione di una ricetta”, afferma Jordi Veirman, ricercatore Senior nell’ambito Ricerca e Sviluppo. “Abbiamo una lista di ingredienti, ognuno dei quali va aggiunto in un ordine prestabilito, e la ricetta può variare a seconda dell'uso finale che si intende fare del modulo”. Ciascun modulo è composto da un primo strato di vetro sul quale si aggiunge uno strato di incapsulante – un materiale utilizzato per inglobare e tenere insieme le celle solari, proteggendole da umidità, polvere e raggi UV –, le celle solari, collegate tra loro da nastri in rame, un ulteriore strato di incapsulante e, infine, uno strato di sostegno. Una volta aggiunti tutti gli ingredienti della “ricetta”, questi vengono messi in forno. Nel nuovo laboratorio, infatti, si dispone di un laminatore, un dispositivo che, pressando e scaldando le parti componenti, le unisce tra loro, permettendo la produzione dei moduli.

Come in qualsiasi ricetta, perché la preparazione vada a buon fine occorre che la “cottura” dei componenti del modulo avvenga alla temperatura giusta e per il tempo necessario. “Per ottenere moduli fotovoltaici resistenti, le catene di molecole che compongono l’incapsulante devono formare un numero sufficiente di legami tra loro”, spiega Jordi Veirman. Quali siano la temperatura e la durata di cottura grazie alle quali questi legami si formano, senza che le proprietà meccaniche dell’incapsulante siano alterate, viene determinato utilizzando un altro strumento: il calorimetro a scansione differenziale. Attraverso questo strumento, quindi, si può risalire alle condizioni ideali per la realizzazione di moduli di qualità.

Mentre il calorimetro a scansione differenziale misura le proprietà termiche dei materiali, lo spettrofotometro ne misura quelle ottiche. “Con lo spettrofotometro riusciamo a determinare, per esempio, quanta luce attraversa la lamina di vetro del modulo, per poi raggiungere le celle fotovoltaiche”, racconta Gabriella Gonnella, ingegnera specializzata in produzione di energia da fonti rinnovabili.

Una volta “sfornati” i moduli, i ricercatori e le ricercatrici dell’Istituto per le energie rinnovabili ne testano funzionalità e affidabilità. In particolare, il tester di corrente e tensione, sormontato da un simulatore solare, misura l’efficienza con cui il modulo converte la luce solare in elettricità. All’interno del simulatore solare, la radiazione emessa da numerosi LED di colore diverso si fonde in un fascio di luce biancastra, che simula quella solare.

Nella camera climatica, invece, i moduli vengono esposti a temperature estreme, così come a diverse percentuali di umidità. In questo modo, viene testata la resistenza dei dispositivi fotovoltaici alle condizioni ambientali in cui potrebbero venire a trovarsi una volta all’aperto.

E l’ultimo step degli studi svolti presso il laboratorio di prototipazione fotovoltaica è proprio quello di testare i moduli fotovoltaici prodotti nell’area a cielo aperto dell’Istituto per le energie rinnovabili, dove è riprodotto un impianto reale.

“Presso la nostra struttura, i produttori di moduli fotovoltaici possono testare i cambiamenti che vorrebbero introdurre nei loro prodotti e misurarne l’efficacia” spiega David Moser, responsabile del gruppo di ricerca sul fotovoltaico di Eurac Research. “Il nuovo laboratorio è un’infrastruttura che mette in comunicazione ricerca e imprese ma che connette anche imprese produttrici di componenti diversi e che qui possono testarne l’efficacia accorpandoli in un singolo modulo fotovoltaico”. Progettare, realizzare e testare prototipi di moduli fotovoltaici consente di soddisfare una serie di esigenze particolari. “Si pensi all’agrivoltaico”, esordisce Gabriella Gonnella. “Questo settore necessita di pannelli che, essendo installati sopra le coltivazioni, non schermino completamente la radiazione solare, impedendo alle piante di crescere. Nel nostro laboratorio valutiamo le proprietà ottiche dei componenti dei moduli fotovoltaici, inclusa la quantità di luce che riesce ad attraversarli”. C’è poi la questione della mimesi dei moduli. A volte, per tutelare l’estetica degli edifici, è necessario disporre di moduli che passino inosservati e non ne deturpino le facciate o i tetti. Testando vetri di colori diversi così come vari fogli polimerici, è possibile sviluppare tecnologie che vengano incontro anche a questa necessità.