Guida completa ai materiali che formano i pannelli fotovoltaici

La tecnologia dei pannelli fotovoltaici è in continua evoluzione, con le aziende del settore e i ricercatori che lavorano per rendere i moduli più performanti in termini di efficienza e sostenibili dal punto di vista ambientale. Si tratta infatti di componenti sempre più sofisticati, composti da vari elementi e materiali ognuno dei quali svolge una specifica funzione.

In questo approfondimento vedremo nel dettaglio quali sono i materiali dei pannelli fotovoltaici e le loro caratteristiche, per comprendere meglio come funziona il fotovoltaico. Inoltre, spiegheremo le differenze tra i vari tipi di materiali utilizzati per i moduli solari, per capire quale conviene scegliere oggi per sfruttare appieno i vantaggi dell’energia solare per la produzione di energia elettrica verde e pulita.

Un pannello solare fotovoltaico è formato da numerosi componenti, realizzati con materiali differenti a seconda delle caratteristiche tecniche e della funzionalità di ciascun elemento. Tra i componenti principali di un pannello fotovoltaico è possibile distinguere le seguenti parti:

• struttura di appoggio;
• materiale incapsulante;
• celle fotovoltaiche;
• rivestimento in vetro temperato;
• cornice del modulo;
• scatola di giunzione.

Nella parte più bassa del modulo solare fotovoltaico c’è una base di appoggio, una struttura che serve per sostenere tutti gli altri componenti che costituiscono il pannello fotovoltaico. Questo elemento può essere realizzato in vari materiali a seconda del produttore e del tipo di modulo, tuttavia in genere si utilizzano polimeri plastici in grado di offrire un adeguato sostegno meccanico.

Il secondo strato del pannello fotovoltaico è composto da EVA (Etilene Vinil Acetato), un polimero che diventa più morbido con il calore quando il modulo viene colpito dalla radiazione solare, il quale si trova tra la base di appoggio e le celle fotovoltaiche. In realtà i pannelli hanno un doppio strato di EVA, posizionati uno al di sotto e l’altro al di sopra delle celle, un materiale plastico che serve per isolare i componenti dall’aria e tenerli insieme.

Al centro del modulo c’è l’elemento principale di un pannello fotovoltaico, ovvero le celle fotovoltaiche, in cui l’energia solare viene trasformata in energia elettrica attraverso il movimento degli elettroni e la creazione di una differenza di potenziale. La composizione di una cella fotovoltaica è a base di silicio, un materiale semiconduttore i cui cristalli possono essere orientati in modo casuale (policristallino), oppure tutti nella stessa direzione (monocristallino).

Nelle celle a film sottile, invece, il silicio dei pannelli solari fotovoltaici può essere di tipo amorfo, al cadmio o CIGS (Copper Indium Gallium Selenide, ossia Rame Indio Gallio Seleniuro). Oggi le tipologie di celle fotovoltaiche più utilizzate sono quelle policristalline e, soprattutto, le monocristalline in quanto sono più efficienti, mentre il silicio amorfo e il CIGS sono economici ma hanno rendimenti più bassi, mentre il cadmio ha problemi di tossicità.

Tra i materiali dei pannelli solari fotovoltaici c’è anche il vetro temperato, posizionato sopra il secondo strato di EVA. Il suo compito è quello di ottimizzare l’assorbimento della luce solare per garantire la massima efficienza del pannello, ed è caratterizzato in genere da una bassa concentrazione di ferro. Di norma è presente anche una pellicola molto sottile in polimeri plastici come il PBV (Polivinilbutirrale), per non danneggiare le celle in caso di rottura del vetro trattenendone i frammenti.

Tutti gli elementi del modulo sono racchiusi in una cornice in alluminio anodizzato, un materiale che riflette il calore e contribuisce a migliorare l’efficienza del modulo fotovoltaico. Si tratta inoltre di un materiale che richiede poca manutenzione, è durevole e resistente. La cornice dà stabilità al pannello, mantiene tutte le varie parti assieme e conferisce maggiore robustezza al modulo. 

Un ultimo elemento dei moduli fotovoltaici è la scatola di giunzione, un componente che rimane esterno al pannello e si trova al di sotto della base di appoggio. Le funzioni di questo dispositivo sono numerose; infatti, è un elemento che serve per monitorare il funzionamento delle celle fotovoltaiche, garantire la sicurezza del modulo e ottimizzare l’efficienza delle celle installate all’interno del pannello. 

Come abbiamo visto, un pannello fotovoltaico è composto da numerosi materiali, tra cui:

• silicio;
• polimeri plastici;
• vetro temperato;

Ovviamente c’è anche il rame, un materiale conduttore utilizzato per diversi componenti come i cavi e la bobina interna dell’inverter, per trasformare l’energia elettrica in corrente continua in elettricità in corrente alternata. In base al modulo possono essere presenti altre leghe metalliche. Inoltre sono in fase di studio pannelli di ultima generazione realizzati in materiali innovativi come la perovskite, un’alternativa al silicio che potrebbe garantire in futuro rendimenti più elevati dei moduli.

Bisogna sottolineare che i moderni pannelli fotovoltaici sono sempre più sostenibili ed ecologici, rispettando appieno i principi dell’economia circolare. Oggi è possibile riciclare oltre il 90% dei materiali che compongono i moduli fotovoltaici, con i nuovi processi di riciclo che sono in grado di arrivare fino al 96-98% di materiali recuperati. Questo è possibile grazie a nuovi trattamenti meccanici e termici, che permettono di riciclare anche gli elementi più complessi composti dalla combinazione di EVA, metalli e silicio.

La costruzione del modulo fotovoltaico dipende innanzitutto da che tipo di materiale viene usato per la produzione dei pannelli fotovoltaici. Infatti, il processo costruttivo varia in base al modello di modulo realizzato (silicio amorfo, policristallino, monocristallino, materiale organico). In generale, i pannelli sono costruiti a strati realizzando i vari elementi e infine assemblandoli insieme, fino ad ottenere un modulo solare fotovoltaico pronto per l’installazione.

Inoltre, ad eccezione di alcuni elementi come la scatola di giunzione e la base di appoggio, il pannello viene collocato all’interno di un laminatore e sottoposto a una temperatura di circa 145°C. Questo processo riscalda l’EVA e permette un corretto fissaggio delle diversi parti tra loro, per assicurare un isolamento ottimale delle celle fotovoltaiche per proteggerle dagli agenti esterni. Il procedimento consente anche di eliminare le bolle d’aria, ottenendo un pannello con una perfetta tenuta per massimizzarne il rendimento.