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

Prima di esplorare più approfonditamente il ruolo del silicio nei pannelli fotovoltaici, è opportuno rinfrescare la memoria riguardo alle componenti e ai materiali che costituiscono tali dispositivi. Un pannello fotovoltaico è composto da diverse parti, ognuna delle quali svolge un ruolo cruciale nell'efficienza complessiva del sistema:

  1. Base di appoggio: La struttura di supporto che costituisce la fondamenta del pannello fotovoltaico
  2. Etilen Vinil Acetato (EVA): Un materiale termoplastico utilizzato per stratificare e proteggere la cella fotovoltaica, garantendo al contempo una buona trasmissione della luce
  3. Cella fotovoltaica: Il cuore del pannello, dove avviene la conversione dell'energia solare in energia elettrica
  4. Vetro temprato: Uno strato protettivo trasparente che copre la cella fotovoltaica, garantendo resistenza agli agenti atmosferici e una maggiore durabilità
  5. Cornice di alluminio: Un telaio robusto che conferisce stabilità strutturale al pannello e facilita l'installazione
  6. Scatola di ingiunzione: Un componente che racchiude gli elementi elettrici del pannello, proteggendoli dagli agenti atmosferici e facilitando la connessione con altri pannelli o il sistema di accumulo dell'energia
Le componenti di un pannello solare
Le componenti di un pannello solare

È rilevante sottolineare che, dal punto di vista ambientale, i pannelli fotovoltaici presentano un impatto praticamente nullo, poiché il 95% dei materiali utilizzati nella loro costruzione è riciclabile. Questo aspetto sottolinea l'impegno del settore verso la sostenibilità e l'efficienza energetica, contribuendo a promuovere l'adozione di fonti di energia rinnovabile.


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 monocristallini e policristallini

Andiamo ora a esaminare più nel dettaglio le due tipologie di pannelli solari più comunemente utilizzate sui tetti delle abitazioni: monocristallini e policristallini, e vediamo le caratteristiche e differenze.

Le celle solari realizzate con silicio monocristallino si presentano solitamente con una tonalità scura uniforme e sono costituite da wafer di silicio, noti anche come "fette di materiale", su cui vengono assemblati i circuiti integrati. Un beneficio fondamentale di questa tecnologia è la sua elevata efficienza, poiché questi pannelli risultano generalmente i più performanti quando installati in impianti fotovoltaici residenziali.

Le celle di silicio monocristallino possono vantare un rendimento compreso tra il 19% e il 21%, rappresentando la percentuale di energia solare assorbita che viene effettivamente convertita in energia elettrica. Grazie a questa caratteristica, i pannelli monocristallini richiedono uno spazio ridotto per generare la potenza desiderata rispetto a moduli meno efficienti.

Di solito, un pannello monocristallino è costituito da un numero variabile di celle, che può oscillare tra 60 e 72, con la configurazione di 72 celle che è la più comune. Questi pannelli sono in grado di generare una potenza di picco che va da 120 a 300 watt. Inoltre, i pannelli in silicio monocristallino si distinguono per la loro durabilità, con una vita utile che si attesta intorno ai 25 anni.

Per quanto riguarda invece gli impianti fotovoltaici basati su pannelli solari in silicio policristallino sono stati introdotti negli anni '80. Questa tecnologia impiega silicio ottenuto attraverso il processo di fusione del materiale e il successivo versamento in stampi quadrati. Questi stampi, una volta tagliati, costituiscono le basi per i wafer utilizzati nella fabbricazione dei pannelli. Questo metodo di produzione è noto per la sua semplicità e minor costo rispetto a quello impiegato per ottenere il silicio monocristallino, il che influisce naturalmente sul costo complessivo dei pannelli.

Le celle fotovoltaiche in silicio policristallino mostrano inoltre una buona resistenza al calore e alle elevate temperature, con un'aspettativa di vita media di circa 25 anni. Tuttavia, dal punto di vista estetico, questi pannelli non sono particolarmente apprezzati a causa della loro colorazione blu a chiazze. I moduli realizzati con silicio policristallino tendono a avere una potenza media compresa tra 150 e 180 watt, considerando uno standard di dimensioni di 160 x 85 cm per il pannello, con un rendimento variabile tra il 16% e il 18%.

Tipologie e caratteristiche dei pannelli solari
Tipologie e caratteristiche dei pannelli solari

Ma da dove arriva il silicio di questi pannelli fotovoltaici?

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

Ottenere il silicio in forma grezza risulta essere un compito agevole, considerando che è uno degli elementi più abbondanti sulla Terra (ad esempio, è presente nella sabbia). Tuttavia, affinché diventi idoneo per varie applicazioni nel campo tecnologico ed elettronico, è necessario sottoporlo a un processo di lavorazione, come l'estrazione e la raffinazione, al fine di determinarne il grado di purezza. Questo grado di purezza, a sua volta, influisce sulla tipologia di utilizzo del materiale, che può variare da quello metallurgico a quello solare, elettronico, ecc.

Il costo economico associato a questo materiale è influenzato dalla tipologia di processi di lavorazione ed estrazione richiesti in base al grado di raffinazione del silicio. Resta comunque uno degli elementi più ampiamente impiegati nelle nuove tecnologie, e in particolare, la produzione del silicio utilizzato nei pannelli solari, noto come silicio di grado solare, richiede un elevato livello di raffinazione. Il silicio presente nei moduli fotovoltaici possiede una purezza superiore rispetto a quello di grado metallurgico, ma inferiore a quello di grado elettronico.

Il grado di raffinazione di questo materiale incide inevitabilmente sul costo di produzione e fornitura, il che a sua volta si riflette sul costo dei pannelli solari fotovoltaici sul mercato.

Andiamo ora a scoprire di più riguardo il mercato del silicio per pannelli fotovoltaici e scopriamo chi sono i più grandi produttori!


Il mercato del silicio di grado solare

Il mercato globale del silicio per i pannelli fotovoltaici è storicamente dominato da un esiguo numero di grandi player internazionali, la cui supremazia è emersa sin dagli anni '90 durante l'esplosione delle tecnologie informatiche. Tuttavia, il panorama sta lentamente mutando, aprendosi a nuovi protagonisti grazie alla crescente e rapida domanda a livello mondiale. Questo cambiamento è principalmente attribuibile al ruolo cruciale che l'energia solare sta assumendo nell'ambito delle alternative energetiche globali.

In Italia, ad esempio, le aziende attive nel settore del silicio policristallino sono scarse, con nomi come Silfab di Padova e Italsilicon di Milano che emergono come esempi significativi. Tuttavia, la produzione nazionale di silicio rappresenta solo una piccola percentuale del fabbisogno, con la stragrande maggioranza del 98% importata dai principali produttori internazionali.

Anche se le imprese italiane stanno assumendo un ruolo sempre più importante nella filiera fotovoltaica, non solo nell'assemblaggio dei pannelli utilizzando celle estere, ma anche nella distribuzione e installazione di impianti completi, la produzione e la vendita di silicio di alta qualità rimangono saldamente nelle mani di aziende straniere.

Tra i principali fornitori globali nel mercato del silicio, dominato da pochi grandi attori, troviamo il gruppo chimico giapponese Tokuyama, l'azienda statunitense Hemlock, la tedesca Wacker Chemie con sede a Monaco e REC Silicon negli Stati Uniti.

I paesi leader nella produzione includono:

  • Cina
  • Giappone
  • Taiwan
  • Germania
  • Gran Bretagna
  • Stati Uniti

Solo pochi anni fa, Stati Uniti, Germania e Giappone detenevano il 90% del mercato del silicio adatto all'uso fotovoltaico!

Tuttavia, le prospettive stanno gradualmente cambiando, grazie alla diffusione e all'avanzamento delle tecnologie, compresa quella fotovoltaica. Questo aumento significativo della produzione ha portato a una progressiva riduzione dei prezzi, grazie anche all'espansione delle economie di scala.


Conclusione

Speriamo che questo approfondimento ti abbia fornito una panoramica esauriente sulla complessa produzione e sui produttori dei pannelli fotovoltaici, partendo proprio dal materiale principe che sottende a questa tecnologia rivoluzionaria. Il silicio, con le sue proprietà uniche, svolge un ruolo fondamentale nel consentire ai pannelli fotovoltaici di catturare e convertire l'energia solare in elettricità pulita e rinnovabile.

Questo processo di produzione non solo ha un impatto significativo sulla disponibilità e sull'accessibilità dell'energia solare, ma anche sull'economia globale e sull'ambiente. Con una domanda in continua crescita, il settore fotovoltaico sta rapidamente evolvendo, spingendo gli attori del mercato a innovare e adottare soluzioni sempre più efficienti ed economiche.

Inoltre, è importante sottolineare che l'adozione diffusa dell'energia solare è fondamentale per affrontare le sfide legate al cambiamento climatico e alla sicurezza energetica. L'energia solare non solo riduce le emissioni di gas serra, ma contribuisce anche a diversificare e decentralizzare le fonti di energia, riducendo la dipendenza da combustibili fossili e favorendo la resilienza delle reti elettriche.

Oltre alla produzione di energia, l'industria solare offre opportunità economiche significative, creando posti di lavoro e stimolando l'innovazione in settori correlati, come la ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie di stoccaggio dell'energia e di sistemi di gestione intelligente delle reti.

In conclusione, l'investimento nella produzione e nell'adozione di pannelli solari non solo favorisce la transizione verso un'economia a basse emissioni di carbonio, ma anche la creazione di un futuro più sostenibile e prospero per le generazioni presenti e future.

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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.

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