Pannelli solari: da dove arriva il silicio al loro interno?

Scopri da dove arriva il silicio all’interno dei pannelli fotovoltaici

Una delle soluzioni principali per contrastare la crisi energetica ed economica è quella di installare dei pannelli solari fotovoltaici sul proprio tetto di casa. L’energia solare prodotta da un impianto fotovoltaico, infatti, è una valida alleata per accelerare la transizione energetica risparmiando al contempo in bolletta. Con i pannelli fotovoltaici, infatti, si ha la possibilità di produrre energia pulita per l’alimentazione delle proprie utenze domestiche, e questo è possibile grazie all’utilizzo del proprio autoconsumo fotovoltaico che ti permette di renderti sempre più indipendente dalla rete elettrica nazionale.

L’installazione di un impianto fotovoltaico residenziale, oltretutto, è stata resa ancora più facile e veloce grazie al decreto dei pannelli solari liberi! Questo emendamento ha velocizzato tutti gli iter autorizzativi per permettere ai cittadini italiani di installare ancora più velocemente un impianto fotovoltaico sul proprio tetto.

In questo articolo vogliamo rispondere a tutti i tuoi dubbi sui materiali utilizzati nella produzione dei pannelli solari fotovoltaici, con un particolare focus sul silicio, elemento fondamentale nella costruzione della cella fotovoltaica che va a completare la progettazione di un modulo fotovoltaico.

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Sei pronto? Iniziamo!

Un piccolo ripasso: le componenti e i materiali di un pannello solare

Prima di parlarti nello specifico del silicio abbiamo pensato fosse utile ricordarti le componenti e i materiali che costituiscono un pannello fotovoltaico:

• Base di appoggio
• Etilen Vinil Acetato (EVA)
• Cella fotovoltaica
• Vetro temprato
• Cornice di alluminio
• Scatola di ingiunzione

È bene ricordare che l'impatto ambientale dei pannelli fotovoltaici è pressoché nullo, dato che i materiali che lo compongono sono riciclabili al 95%!

Il silicio dei pannelli fotovoltaici

Il silicio è un materiale fondamentale nella produzione dei pannelli solari fotovoltaici. Come abbiamo già visto in un altro articolo del nostro blog, il primo step di produzione dei moduli fotovoltaici è incentrato proprio sulla fabbricazione di questo materiale.

Il silicio è un elemento semiconduttore, quindi riesce a catturare in maniera molto semplice il calore, e viene utilizzato nelle celle fotovoltaiche per produrre energia. Come ben saprai, il cosiddetto effetto fotovoltaico è realizzato attraverso l’irraggiamento solare delle celle fotovoltaiche, che producono energia in corrente continua, che poi viene convertita grazie all’inverter fotovoltaico in corrente alternata, utilizzabile per l’alimentazione delle utenze domestiche.

Se opportunamente utilizzato, il silicio è in grado di convertire immediatamente l’energia solare in energia elettrica. Inoltre, a secondo delle modalità di trattamento, si può parlare di diverse tipologie di celle fotovoltaiche:

• Celle fotovoltaiche a silicio monocristallino, quando gli atomi di questo elemento sono disposti in modo tale da costituire un unico cristallo, una sorta di lingotto;
• Celle fotovoltaiche a silicio policristallino, ovvero quando gli atomi di silicio sono disposti in modo da costituire vari cristalli uniti tra loro;
• Celle fotovoltaiche a film sottile, quando si utilizzano altre tipologie di materiali semiconduttori posizionati sopra ad una lastra di vetro o di metallo.

I pannelli solari fotovoltaici realizzati con celle fotovoltaiche a silicio monocristallino sono considerati i moduli fotovoltaici più efficienti, oltre che con le dimensioni più ridotte di tutti. Proprio per questo motivo i pannelli solari monocristallini sono quelli più diffusi e quelli più sfruttati.

Ma da dove arriva il silicio? Innanzitutto, questo materiale è il secondo elemento chimico, dopo l’ossigeno, più abbondante sul pianeta. Ma è bene specificare che quello utilizzato nella produzione fotovoltaica è di fatto un prodotto industriale e si chiama silicio di grado solare e per essere tale presuppone un determinato processo di estrazione e lavorazione industriale.

Silicio di grado solare: cos'è

Reperire il silicio allo stato grezzo non è difficile, dal momento che è uno degli elementi che si trovano più in abbondanza sul pianeta (la sabbia, per esempio, contiene silicio). Per renderlo adatto alle molteplici applicazioni in campo tecnologico ed elettronico, però, è necessario applicarvi un processo di lavorazione (come l’estrazione e la raffinazione) per determinare il suo grado di purezza. Da questo grado è determinata la tipologia di utilizzo che se ne può fare di questo materiale (metallurgico, solare, elettronico, ecc.).

Il costo economico di questo materiale è dettato dalla tipologia di lavorazione ed estrazione richieste in base al suo grado di raffinazione. Rimane comunque uno degli elementi più utilizzati nell’ambito delle nuove tecnologie e, nello specifico, la produzione del silicio dei pannelli solari (ovvero quello di grado solare) comporta un elevato livello di raffinazione. Il silicio dei moduli fotovoltaici, infatti, ha una purezza maggiore rispetto a quello metallurgico, ma minore del silicio di grado elettronico.

Il livello di raffinazione di questo materiale incide ovviamente sul costo di produzione e fornitura che a sua volta si riflette sul costo dei pannelli solari fotovoltaici sul mercato.

Il mercato del silicio di grado solare

Sono pochi i player internazionali che gestiscono il mercato del silicio dei pannelli solari fotovoltaici. Poche multinazionali che tradizionalmente hanno avuto il dominio assoluto sulle forniture a partire dagli anni ‘90 quando ci fu il boom delle tecnologie informatiche.

Ma le prospettive stanno virando verso un’apertura di mercato, grazie anche alla diffusione e sviluppo sempre più elevato delle tecnologie, compresa quella fotovoltaica. Questo considerevole aumento delle quantità produttive ha comportato una graduale diminuzione dei prezzi, grazie anche alle sempre più diffuse economie di scala.

È bene specificare, inoltre, l’internazionalità del mercato del silicio, la cui provenienza è prevalentemente - se non completamente - da ricercarsi fuori dal territorio italiano. Seppur il mercato oggi stia tendendo ad aprirsi a nuove realtà produttive, le imprese italiane che operano in questo settore sono pochissime; citiamo al riguardo Silfab Solar di Padova e Italsilicon di Milano.

Nello scenario italiano il silicio corrisponde solo al 2% della produzione italiana, il 98% rimanente è di importazione dai grandi produttori internazionali. Anche se, nella filiera del fotovoltaico, le realtà italiane stanno iniziando ad avere una loro identità nella produzione dei pannelli solari fotovoltaici finiti (ovvero nell’assemblamento di celle fotovoltaiche di provenienza estera), ma soprattutto nella distribuzione e installazione di impianti fotovoltaici.

Per quanto riguarda nello specifico la produzione e la vendita del silicio di grado solare, però, il primato è ancora di aziende estere. Il mercato mondiale del silicio, infatti, è controllato da pochissimi fornitori, tra cui si annoverano il gruppo chimico giapponese Tokuyama, la statunitense Hemlock, la tedesca Wacker Chemie e REC Silicon (USA). Come si può già constatare, i maggiori paesi produttori di silicio sono Cina, Germania, Taiwan, Gran Bretagna e Stati Uniti.

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Domande frequenti

Perché si utilizza il silicio nella produzione dei pannelli solari?

I produttori nel mercato fotovoltaico hanno sempre utilizzato il silicio nella realizzazione di pannelli fotovoltaici perché è il materiale più efficiente nel convertire la luce solare in elettricità - oltre ad essere il secondo elemento più diffuso sulla terra.

Che differenza c’è tra moduli monocristallini e policristallini?

I pannelli solari in silicio monocristallino rendono meglio a basse temperature e sono più efficienti e hanno piccole dimensioni più maneggevoli. I pannelli fotovoltaici in silicio policristallino, invece, producono di più ad alte temperature.