Come vengono prodotti i pannelli solari: (elettricità e riscaldamento)

Con una quota che si attesta intorno all’11% della produzione di energia elettrica in tutta l’UE, nel 2024 l’energia solare ha superato per la prima volta la produzione di energia elettrica ottenuta dal carbone. Un fotovoltaico sempre più importante richiede che i moduli solari siano prodotti in modo efficiente, economico e in grandi quantità. Al riguardo, i processi di produzione automatizzati svolgono un ruolo fondamentale. Ecco come vengono prodotti i pannelli solari cristallini, dall’interconnessione elettrica delle celle solari al controllo finale della qualità…

Si distinguono in

I pannelli fotovoltaici,  convertono le radiazioni solari in energia elettrica, senza l’utilizzo di alcun combustibile e quindi senza emissioni di anidride carbonica.

I pannelli solari termici sfruttano i raggi solari per scaldare l’acqua destinata a uso sanitario e all’impianto di riscaldamento.

Sono due sistemi completamente differenti, anche se in apparenza simili. Sia la costruzione che l’utilizzo sfruttano differenti tecnologie.

L’energia solare è una componente centrale della transizione energetica. I pannelli solari cristallini dominano il mercato perché la loro efficienza e durata li rendono la scelta preferita nel settore fotovoltaico. Per poter produrre in modo economico su larga scala, si ricorre a processi di produzione automatizzati. Dalla stringatura precisa delle celle solari al processo di laminazione fino al controllo di qualità finale: queste sono le fasi più importanti della produzione.

Con un sistema fotovoltaico si può produrre in autonomia  energia elettrica pulita. E se l’impianto viene associato ad un sistema di accumulo, l’energia può essere immagazzinata in una batteria e utilizzata quando necessario.

Introduzione: celle solari cristalline e struttura di un pannello solare

Nella tecnologia fotovoltaica, i pannelli in silicio cristallino sono i più utilizzati. Sono costituiti da diverse celle solari, a loro volta costituite da wafer di silicio. Il wafer contiene silicio sottoposto a drogaggio, che può generare una separazione di carica elettrica attraverso l’aggiunta mirata di atomi estranei. I contatti metallici sottili, le cosiddette busbar, conducono la corrente. Le sottili barrette metalliche raccolgono la corrente sull’intera superficie della cella e la conducono alle busbar, che fungono da linguette di contatto per l’ulteriore trasmissione elettrica.

Un pannello solare è a sua volta composto da diverse celle solari. Per proteggere le cellule sensibili dagli influssi meccanici e atmosferici, le cellule stesse sono incastonate tra diversi strati. Una lastra di vetro sul lato anteriore garantisce la stabilità, mentre una pellicola di plastica (solitamente EVA = etilene vinil acetato) funge da materiale di incapsulamento. Il retro è costituito da un’altra pellicola di plastica o da un secondo strato di vetro, sul quale è fissata anche la scatola di giunzione per la trasmissione della corrente continua generata. Un telaio in alluminio racchiude il pannello e ne facilita l’installazione.

Un impianto solare termico fornisce acqua calda, sfruttando i raggi solari. Ciò avviene indipendentemente da fattori in tutte le giornate di sole dell’anno. Lo fa senza dover consumare energia e ti permette anche di spegnere del tutto la caldaia in estate e ridurne il lavoro in inverno. Normalmente si abbinano al Fotovoltaico anche  una pompa di calore, oppure uno scaldaacqua convenzionale (che riduce di molto il consumo elettrico per raggiungere la temperatura richiesta. Nel caso della pompa di calore tutto potrebbe essere utilizzato anche per i termosifoni e quindi per l’impianto di riscaldamento autonomo e i relativi termosifoni.

Inoltre, il solare termico:

– garantisce un risparmio di almeno il 50% sui costi per scaldare l’acqua;
– permette di accedere alle detrazioni fiscali per l’efficienza energetica;
– grazie alle varie tipologie, si adatta a qualsiasi abitazione o struttura industriale;
– aumenta il valore e la classe energetica dell’edificio;
– evita l’emissione di CO₂ nell’atmosfera.

Tornando al Fotovoltaico:

La produzione di un pannello solare punto per punto:

La produzione di wafer di silicio è un processo altamente specializzato che viene solitamente eseguito da aziende high-tech. La produzione vera e propria di pannelli solari inizia con celle solari finite. Il modulo solare si compone di singole celle solari collegate tra loro. Questo processo è noto come stringing, attraverso sottili strisce di rame, disposte poi in file. Una volta che tutti gli strati del modulo solare sono stati tagliati su misura,  vengono posizionati con precisione l’uno sull’altro.
Dopo il posizionamento, i singoli strati vengono incollati per formare un’unità stabile e durevole, la cosiddetta laminazione. Il modulo viene riscaldato in autoclave, a circa 140 °C. Le celle solari sono saldamente legate alla lastra di vetro e alla pellicola di supporto.

Il modulo, a questo punto, è pronto per il suo impegno finale, posti un telaio in alluminio, che ne garantisce la stabilità meccanica e ne facilita l’assemblaggio. Prima che un pannello solare esca dalla produzione, viene testato per verificarne le prestazioni e la sicurezza. Un simulatore solare misura la caratteristica elettrica della curva, mentre i test di elettroluminescenza e di isolamento rilevano difetti o anomalie del materiale. Infine, prima di essere imballati e consegnati, i pannelli vengono classificati in base ai livelli di prestazione.

La pressione dei costi nella produzione di pannelli solari

La produzione di pannelli solari è soggetta a un’enorme pressione in termini di costi. Mentre la domanda di energia rinnovabile è in aumento, in molti Paesi i sussidi statali sono stati ridotti o del tutto azzerati. Allo stesso tempo, la concorrenza, in particolare quella delle aziende asiatiche, sta aggravando la situazione del mercato. Per rimanere economicamente competitivi, i produttori europei, e non solo, sono chiamati a ridurre i costi di produzione, ma senza compromettere la qualità.