Il gel fotovoltaico: studi, applicazioni possibili, problemi e ricerca scientifica

Diverse aziende, in collaborazione con gli esperti di istituti di ricerca nazionale ed internazionale, si battono per la fornitura sul mercato di un sistema fotovoltaico di tipologia stand alone atto ad una produzione di energia solare di maggiore semplicità applicativa e vantaggioso su più differenti aspetti, tanto economici quanto tecnici. Negli ultimi anni, la ricerca si è mossa nella direzione della realizzazione di un impianto non necessariamente installabile sul tetto delle abitazioni.

L'annuncio di un prodotto innovativo

A questo proposito, correva l'anno 2008 quando la ESCO-Energy Saving Company di Potenza, una delle società specializzate nella realizzazione di interventi finalizzati al miglioramento dell'efficenza energetica, annunciò in anteprima mondiale, in occasione del convegno 8° Italian Energy Summit 2008 organizzato lo stesso anno da IlSole24Ore, lo sviluppo del brevetto di una nuova tecnologia che colpì subito l'attenzione di tutti gli interessati all'ambito delle energie rinnovabili: un particolare e caratteristico gel fotovoltaico applicabile ai vetri delle finestre, fra le intercapedini o in colata diretta sulle lastre. La sostanza proposta, venne descritta come capace di rendere ciascuna superficie vetrata in grado di generare energia elettrica senza l'installazione dell'impiantistica classica.

       (Estratto della presentazione del gel fotovoltaico Esco Energy)

Caratteristiche del gel fotovoltaico

Il gel fotovoltaico è un materiale liquido composto da silicio amorfo, al quale viene applicato un procedimento nanotecnologico in modo da renderlo semiconduttore. All'interno della soluzione sono presenti acqua e una soluzione salina. L'energia solare viene catturata e assorbita da piccoli terminali elettrici installati nelle finestre, per essere poi riversata in rete. Il gel sarebbe in grado di fornire una potenza stimata in circa 100 Watt per metro quadro nel caso di applicazione su superfici singole e fino a 300 Watt invece su doppi vetri al metro quadro.

Applicabile su superfici già esistenti, attraverso lo smontaggio e l'inserimento dei contatori di entrata e uscita, l'inverter e la connessione ad una caratteristica centralina necessaria agli impianti fotovoltaici consoni, atta all'interfacciamento con la rete elettrica, consentirebbe una normale visibilità tra i doppi vetri poichè trasparente o in leggera colorazione blu per eventuali connotazioni di tipo estetico e sarebbe privo di tossicità o di rilascio di emissioni inquinanti, a vantaggio della facile installazione, con unconseguente dimezzamento dei costi rispetto ad un impianto fotovoltaio tradizionale. La massa di fotoni, colpendo gli atomi di silicio del gel, provocherebbe energia cinetica in movimento, convertita in energia elettrica all'interno della struttura cristallina del materiale utilizzato come semiconduttore.

                                     (Ingrandimento di un gruppo di ioni di silicio)

Punti critici e problematiche

Le conoscenze sulla tecnologia basata su celle nano-cristalline a film sottile e gel solare risalgono a poco più di quindici anni fa. Il mercato dei sol-gel spazia dal vetro puro alla fotonica ed elettronica fino ai nano rivestimenti tessili, investendo il panorama mondiale, tanto che anche l'azienda canadese Poulek Solar sviluppa e promuove numerose tecnologie nel settore fotovoltaico, tra cui spiccano le ricerche sul gel.

Il punto critico si trova nelle capacità fotovoltaiche dei gel di silicio. Per affinare queste suddette capacità, sono necessarie specifiche  strutturazioni e drogaggi del gel mediante molecole di materiali diversificati e sensibili alla gamma di lunghezze d'onda della luce solare. Ma l'utilizzo di sistemi di silicio drogato provoca un aumento del costo degli impianti fotovoltaici standard, creando problemi di produzione e la non determinabilità di un costo finale, a causa delle continue oscillazioni del mercato. 

Altro problema sono gli elettrodi contaminanti e limitanti l'effetto fotovoltaico del silicio e l'efficienza dei pannelli, i costi esorbitanti dei materiali a limitazione della dispersione, nonchè quelli relativi al costo industriale di un 1 kWp di gel fotovoltaico, stimati attualmente sui 2.000 Euro, cifra ad esclusione dei costi di installazione, degli inverter, della connessione alla rete elettrica, di isolamenti e schermature degli infissi e dell'applicazione degli anodi per le finestre.

Da non tralasciare il discorso sull'orientamento e l'inclinazione delle finestre rispetto all'irraggiamento solare, poichè ad esempio, per quanto riguarda le abitazioni presenti su suolo nazionale, la maggior parte di queste sono orientate a nord e con un'inclinazione non perpendicolare ai raggi del sole. Inoltre, per poter disporre di una potenza paragonabile ad una utenza domestica, ogni casa dovrebbe disporre di almeno 30 metri quadri di vetrate ed in condizioni ottimali di inclinazione ed esposizione.

                        (Esempio di una vetrata sulla lunghezza di 30 metri quadri)

Altro problema è la diminuzione della trasmittanza solare, stimata attualmente intorno ad una percentuale del 20%, che causerebbe l'aumento del fabbisogno elettrico atto al mantenimento di un'illuminazione interna adeguata, fattore che comporterebbe in aggiunta la probabile incursione nella contravvenzione dei dati di progetto abitativi iniziali con la riduzione degli standard minimi sufficienti al conferimento di abitabilità.

Una tecnologia certamente di rilievo ma per la quale occorre ancora tempo anche per rispondere ad interrogativi sulla durata, le garanzie, l'eventuale deperimento temporale, le limitazioni dl gel, per non parlare dell'usufrutto dell'incentivazione del Conto Energia: la nuova tecnologia dovrà passare per un percorso tale da renderla in grado di ricevere le certificazioni da enti accreditati nel rispetto delle norme di sicurezza e qualità fissate dal CEI.

L'invenzione della ESCO sembrava aprire le porte ad un futuro in cui le nostre finestre potrebbero divenire preziose fonti energetiche in grado di produrre autonomamente energia elettrica ma le problematiche incorse, come quelle precedentemente elencate, ritardarono la messa in produzione del gel, prevista per la metà dell'anno 2009, che slittò invece a tempo tutt'ora indeterminati.

Per cui è difficile stimare con precisione l'avvento della commercializzazione del gel fotovoltaico poichè il passaggio dal laboratorio alla produzione industriale si rivela ancora problematico e l'attività di ricerca è in continuo sviluppo.