Tendenze future nel settore del fotovoltaico

Il fotovoltaico è un settore fortemente in crescita che si sta sviluppando anno dopo anno in tutto il mondo.

Oggi più che mai la crescita del settore del fotovoltaico è dovuta principalmente alla maturazione della tecnologia delle primarie componenti (moduli, inverter, storage) ed alla forte capacità produttiva dei moduli stessi.

L’integrazione di pannelli solari su tetti, facciate o sotto forma di elementi di design, offre un’opportunità unica per ravvivare gli edifici storici e migliorare la loro efficienza energetica.

Nei contesti più moderni, l’attenta fusione di questi sistemi solari spesso arricchisce il concetto architettonico, conferendo agli edifici una dimensione ulteriore di sostenibilità.

L’importanza dell’estetica solare va oltre la mera produzione di energia

L’incorporazione visiva della tecnologia solare nell’architettura trasmette un messaggio potente, sottolineando:

• La sostenibilità
• L’innovazione
• Rispetto per il patrimonio storico

Questa concezione di considerare l’energia solare come parte integrante dell’architettura urbana è in sintonia con un approccio più ampio alla costruzione e al restauro sostenibile.

“La sostenibilità nell’edilizia implica un utilizzo oculato delle risorse, con un minimo impatto ambientale e un miglioramento della qualità della vita dei residenti.” 

Questo obiettivo si raggiunge attraverso l’impiego di materiali ecologici, l’utilizzo di tecnologie altamente efficienti dal punto di vista energetico e una pianificazione attenta dell’integrazione edilizia per preservare l’integrità storica e culturale degli spazi urbani, mentre si soddisfano le esigenze di abitazioni e luoghi di lavoro moderni e energeticamente efficienti.

Tetti solari all’avanguardia

Un esempio di successo è l’utilizzo del fotovoltaico di design da parte di aziende come Tesla.

Il “Tesla Solar Roof” è un prodotto che integra celle solari in materiali da copertura tradizionali, offrendo un modo più esteticamente gradevole e armonioso per generare energia solare rispetto ai pannelli solari tradizionali.

Le tegole del Solar Roof sono progettate per assomigliare a materiali da copertura convenzionali come ardesia o tegole di terracotta, mentre sfruttano l’energia solare per generare elettricità per la tua casa.

Facciate fotovoltaiche e non solo

Le facciate fotovoltaiche sono un’innovativa soluzione architettonica che unisce estetica e funzionalità.

Queste facciate integrano pannelli solari direttamente nella struttura dell’edificio, consentendo di sfruttare l’energia solare per generare elettricità senza compromettere l’aspetto estetico dell’edificio stesso.

Possono essere realizzate con una varietà di materiali per adattarsi alle specifiche esigenze estetiche e funzionali di un progetto architettonico, offrendo una soluzione sostenibile per ridurre il consumo energetico e le emissioni di carbonio.

Oltre a generare energia pulita, le facciate fotovoltaiche di design possono anche contribuire a migliorare l’isolamento termico dell’edificio e a fornire ombreggiatura e protezione dagli agenti atmosferici.

Queste caratteristiche le rendono una scelta interessante per progetti di sostenibilità e design urbano orientati al futuro.

Un esempio è dato dalla Copenhagen international school, in Danimarca, dove le pareti perimetrali sono state ricoperte da 12mila piastrelle solari colorate che lo rendono uno dei più grandi impianti fotovoltaici integrati negli edifici al mondo.

LSCs (Luminescent Solar Concentrators)

I Concentratori Solari Luminescenti sono lastre sottilissime di un materiale prevalentemente plastico trasparente in cui sono presenti delle molecole particolari.

Esse hanno l’abilità di catturare i raggi del sole, modificarne la lunghezza d’onda e ri-emetterla all’interno della lastra plastica. Questo, grazie alla loro proprietà della fluorescenza.

Questo nuovo pannello viene generato con una tecnica simile alla serigrafia, definita “screen-printing” in base alla quale le celle fotovoltaiche vengono “stampate-impresse” direttamente sulle superficie di applicazione, in questo caso il vetro.

Il sistema, realizzabile con diverse tecnologie, dimensioni e spessori, ma anche gradi di trasparenza, colore e con un incremento economico del solo 10%, permette di ottenere superfici colorate di ogni tipo che grazie un’integrazione architettonica energeticamente efficiente, soddisfano sia le esigenze estetiche degli architetti che quelle dei costruttori; inoltre, le stesse forniscono anche una soluzione flessibile per la produzione di energia solare anche per quegli edifici che non potrebbero goderne, o per cattiva esposizione (come le facciate esposte a Nord) o per una non ottimale inclinazione dei tetti.

Il fotovoltaico 3D

Il “fotovoltaico 3D” si riferisce a una tecnologia che sfrutta la tridimensionalità per aumentare l’efficienza e la capacità di generazione di energia solare.

Invece di limitarsi a pannelli solari piatti montati su tettoie o superfici orizzontali, il fotovoltaico 3D prevede l’uso di strutture tridimensionali per catturare più luce solare e generare più energia.

Queste strutture possono assumere varie forme e design, come ad esempio torri, pilastri, ombrelloni o addirittura alberi solari.

L’obiettivo è quello di massimizzare l’area esposta al sole e aumentare la produzione di energia rispetto ai tradizionali pannelli solari piatti.

Il fotovoltaico 3D può essere utilizzato sia in applicazioni su larga scala, come centrali solari, che in contesti urbani e architettonici, contribuendo alla sostenibilità energetica e all’integrazione dell’energia solare nell’ambiente costruito in modo creativo e innovativo.

Questa tecnologia rappresenta un’opportunità interessante per migliorare l’efficienza e l’uso delle energie rinnovabili.

Auto & Fotovoltaico

Alcuni modelli di auto con pannelli solari sono progettati principalmente per ricaricare le batterie ausiliarie e ridurre il carico sulla batteria principale del veicolo, aumentando così l’efficienza energetica complessiva.

Altri modelli possono essere dotati di pannelli solari più grandi e potenti, in grado di contribuire in modo significativo alla propulsione dell’auto.

Alcuni esempi di auto con pannelli solari includono il Toyota Prius Prime e il Hyundai Sonata Hybrid, entrambi dotati di pannelli solari sul tetto per ricaricare le batterie ausiliarie e migliorare l’efficienza energetica.

Mentre questa tecnologia continua a evolversi, potremmo vedere una maggiore integrazione di pannelli solari nelle auto del futuro per ridurre l’impatto ambientale e aumentare l’indipendenza energetica.

Non a caso, il ruolo del fotovoltaico diventa sempre più incentrato, basti ricordare l’obiettivo dell’Europa, cioè quello di aumentare la capacità produttiva del fotovoltaico, di 320 GW entro il 2025 e superare quota 600 GW entro il 2030. 

Nei prossimi 5, massimo 10 anni, l’energia rinnovabile sarà la componente principale di tutte le fonti di produzione di energia elettrica. 

Per questo motivo, diventerà prioritaria la capacità di garantirne la sicurezza, l’affidabilità e un rapporto costi-benefici favorevole tra gli asset energetici.

Oltre il 90% degli impianti fotovoltaici sarà digitalizzato

Nonostante il mercato del fotovoltaico sia in rapida ascesa, ci sono ancora molti dispositivi obsoleti che compongono gli impianti fotovoltaici, basti pensare a tutti gli impianti installati prima del 2016 che non possono essere efficacemente monitorati, né possono segnalare malfunzionamenti.

Con il rapido sviluppo di tecnologie digitali come 5G e cloud, si prevede che il 90% degli impianti fotovoltaici saranno totalmente digitalizzati entro il 2025, facendo sì che la loro gestione diventi semplice, intelligente ed efficiente.

A tal proposito uno degli strumenti di cui sono dotati gli inverter di ultima generazione è l’analisi intelligente della curva IV, un potente strumento che permette il monitoraggio di stringa in tempo reale su tutti gli impianti.

Oltre l’80% degli impianti fotovoltaici risulterà automatizzato

Con la diffusione dell’IA e dell’Internet of Things (IoT) prodotti e servizi intelligenti renderanno più vantaggiosa l’intera soluzione fotovoltaica. Con l’avvento di algoritmi di autoapprendimento continuo, l’IA sarà ampiamente utilizzata per sostituire gli esperti di O&M in molte funzioni diagnostiche e decisionali.

L’ispezione tramite l’utilizzo di droni dotati di termocamere e/o robot intelligenti (per le pulizie ad esempio) permetterà di gestire lavori di O&M onerosi e ripetitivi che richiedono un elevato e continuo grado di precisione per una maggiore produttività e sicurezza negli impianti fotovoltaici.

Si prevede che gli impianti fotovoltaici in futuro saranno completamente automatizzati, in quanto passeranno dall’adeguamento alla rete al supporto alla rete.

Il crescente livello di penetrazione dell’energia con interfaccia elettronica indebolirà la potenza della rete elettrica, ostacolando un più ampio impiego dei sistemi fotovoltaici.

A tal fine, gli inverter di ultima generazione hanno già integrata la possibilità di non immettere in rete l’energia in esubero non auto consumabile, i principali player stanno lavorando per permettere agli inverter di controllare la corrente armonica entro l’1%, il passaggio continuo dall’alta, alla bassa tensione e la regolazione rapida della frequenza, necessari per il collegamento alla rete.

La percentuale di impianti fotovoltaici (FV) associati allo storage di energia supererà il 30% entro il 2025

Con la maggiore penetrazione di nuove fonti energetiche, le reti elettriche avranno requisiti sempre più stringenti per la regolazione della frequenza e il “peak shaving” (procedimento in cui si immagazzina energia quando la domanda è bassa per rilasciarla quando invece la domanda elettrica è alta).

Nel frattempo, i costi della batteria diminuiscono con l’avanzamento della tecnologia. Si prevede che l’accumulo di energia funzionerà insieme ai sistemi fotovoltaici e diventerà un unico elemento concettuale di progetto, integrato al 100% su tutti gli impianti futuri.

Oltre l’80% dei sistemi residenziali si connetterà con le reti Virtual Power Plant (VPP).

Nei prossimi 5 anni le tecnologie ICT o come il 5G, la blockchain ed i servizi cloud saranno ampiamente applicati in centrali elettriche distribuite formando VPP per la gestione collaborativa, partecipando alla pianificazione, alle transazioni e ai servizi ausiliari per i sistemi di alimentazione.

Lo sviluppo della tecnologia VPP ispirerà nuovi modelli di business e attirerà nuovi attori del mercato in scenari fotovoltaici distribuiti, fungendo da motore di crescita per il fotovoltaico distribuito.

Maggiore densità di potenza

La tendenza di un LCOE (Levelized Cost Of Energy) richiede requisiti più elevati con una maggiore potenza di un singolo modulo e facile manutenzione dell’inverter.

Per raggiungere questo obiettivo è richiesta una maggiore densità di potenza.

Con scoperte importanti nella ricerca di semiconduttori a banda larga, come SiC e GaN, nonché algoritmi di controllo avanzati, la densità di potenza dell’inverter dovrebbe aumentare di oltre il 50% nei prossimi 5 anni.

Sostenibilità nel settore dell’agricoltura

La tendenza dei prossimi anni sarà quella di rendere sostenibile l’attività agricola.

La combinazione “terra – colture – sfruttamento della superficie fondiaria – finanziamenti europei” permetterà uno sviluppo davvero importante nel settore agricolo.

A livello tecnologico i principali produttori di moduli fotovoltaici stanno sempre più puntando sullo sviluppo dei moduli bi-facciali di grandi dimensioni, basti pensare che un modulo di ultima generazione sviluppa 700 watt su una superficie complessiva superiore a 2,5 mq.

Mobilità elettrica abbinata ad impianti fotovoltaici

La tendenza dei prossimi anni sarà quella di rendere sempre più fruibili gli hub di ricarica alimentati da impianti fotovoltaici pubblici e privati.

Le pensiline dei parcheggi saranno sempre più integrate architettonicamente da moduli fotovoltaici connessi alla rete elettrica ed allo stesso tempo consentiranno il parallelo di autoconsumo istantaneo nel momento in cui viene utilizzato il punto di ricarica.

Sviluppo delle CER (Comunità Energetiche). 

La nuova normativa consentirà lo sviluppo delle CER sotto tanti punti di vista, che riguarderanno principalmente comunità di singoli cittadini e/o di industrie.

La grande opportunità introdotta dalla normativa delle Comunità Energetiche riguarda il consumo a distanza purché all’interno dello stesso Comune e nella stessa “Cabina Primaria” (nota come infrastruttura territoriale).

In conclusione, l’evoluzione nel settore del fotovoltaico rappresenta un importante catalizzatore per la trasformazione dell’ambiente verso una maggiore sostenibilità ed efficienza energetica.

Con un continuo impegno nella ricerca e nello sviluppo di tecnologie fotovoltaiche innovative, il futuro di tale settore si presenta luminoso, con il potenziale di trasformare radicalmente il modo in cui concepiamo e costruiamo gli ambienti in cui viviamo e lavoriamo, promuovendo un futuro più sostenibile e verde per le generazioni a venire.

Approfondimento a cura del C.E.O. del Gruppo Inveco; Dott. Filippo Barbetti e dell’Ing. Giuseppe Gallo, ufficio tecnico Gruppo Inveco.