Che è un affare migliore:un consolidato, tipo di pannello solare standard o un tipo all'avanguardia che fornisce più energia per una determinata area ma costa di più?

Si scopre che è tutt'altro che una semplice domanda, ma un team di ricercatori al MIT e altrove ha escogitato un modo per capire l'opzione migliore per un determinato luogo e tipo di installazione. La linea di fondo è che per i sistemi su tetto su scala domestica in luoghi relativamente asciutti, i pannelli più efficienti ma più costosi sarebbero migliori, ma per le installazioni su scala di rete o per quelle in climi più umidi, la stabilita, i pannelli meno efficienti ma più economici sono migliori.

I costi delle celle solari continuano a precipitare, mentre i costi di installazione e delle relative attrezzature rimangono relativamente costanti. Così, capire i compromessi coinvolti nella pianificazione di una nuova installazione è diventato più complicato. Ma il nuovo studio fornisce un modo chiaro per stimare la migliore tecnologia per un determinato progetto, dicono gli autori.

I risultati sono riportati oggi sulla rivista Energia della natura , in un articolo della studentessa laureata del MIT Sarah Sofia, professore associato di ingegneria meccanica Tonio Buonassisi, ricercatore I. Marius Peters, e altri tre al MIT e alla First Solar e Siva Power, società solari in California.

Lo studio ha confrontato due varietà fondamentali di celle solari:design standard che utilizzano un unico tipo di materiale fotovoltaico, e design avanzati che combinano due diversi tipi (chiamati celle tandem) per catturare più energia alla luce del sole. Per le celle tandem, i ricercatori hanno anche confrontato diverse varietà:quelle in cui ciascuna delle due cellule è collegata tra loro in serie, chiamate celle tandem a due giunzioni, e quelli in cui ogni cella è cablata separatamente, chiamate celle tandem a quattro giunzioni.

Invece di guardare solo alla quantità di energia che ogni tipo può fornire, il team ha analizzato nel tempo tutti i costi di installazione e operativi associati, per produrre una misura chiamata costo livellato dell'elettricità (LCOE), una misura che incorpora tutti i costi ei ricavi nel corso della vita del sistema.

"Le celle standard a singola giunzione hanno un limite massimo di efficienza di circa il 30 percento, "Sofia spiega, considerando che "cellule tandem, utilizzando due materiali, può avere un'efficienza molto più elevata, superiore al 40 percento." Ma mentre una maggiore efficienza è ovviamente un vantaggio in linea di principio, "quando fai un tandem, in pratica hai due celle solari invece di una, quindi è più costoso da produrre. Così, volevamo vedere se ne valeva la pena, " lei dice.

Per la loro analisi, il team ha esaminato tre tipi di ambiente:arido (Arizona), temperato (Sud Dakota), e umido (Florida), perché la quantità di vapore acqueo nell'aria può influenzare la quantità di luce solare che raggiunge la cella solare. In ognuno di questi luoghi, hanno confrontato i due tipi standard di celle solari a giunzione singola (tellururo di cadmio, o CDTe, e rame-indio-gallio-seleniuro, o CIGS) con due diversi tipi di celle tandem, a due o quattro nodi. Così, in ogni ambiente sono state studiate quattro diverse tecnologie. Inoltre, hanno studiato come sarebbe influenzato il LCOE complessivo degli impianti a seconda che i prezzi complessivi dell'energia rimangano costanti o diminuiscano nel tempo, come molti analisti si aspettano.

I risultati sono stati alquanto sorprendenti. "Per gli impianti residenziali, abbiamo dimostrato che il sistema tandem a quattro terminali [la cella solare più efficiente disponibile] era l'opzione migliore, indipendentemente dalla posizione, " dice Sofia. Ma per le installazioni su larga scala, la cella con i costi di produzione più bassi è l'affare migliore, i ricercatori hanno scoperto.

Le nuove scoperte potrebbero essere significative per chi progetta nuovi impianti solari, dice Sofia. "Per me, mostrare che una cella tandem a quattro terminali aveva una chiara opportunità di successo non era ovvio. Dimostra davvero l'importanza di avere un alto rendimento energetico in un sistema residenziale."

Ma poiché i sistemi su larga scala possono distribuire i costi dell'installazione e dei sistemi di controllo su molti più pannelli, e poiché lo spazio tende ad essere meno limitato in tali installazioni, "non abbiamo mai visto un'opportunità" per i più costosi, cellule efficienti in tali contesti. In grandi matrici, "perché i costi di installazione sono così bassi, vogliono solo le celle più economiche [per watt di potenza], " lei dice.

Lo studio potrebbe aiutare a guidare le priorità di ricerca nella tecnologia solare, dice Sofia. "C'è stato molto lavoro in questo campo, senza chiedersi prima questo [se l'economia avrebbe davvero senso]. Dovremmo porci la domanda prima di fare tutto il lavoro. ... Spero che questo possa servire da guida su dove dovrebbero essere concentrati gli sforzi di ricerca, " lei dice.

La metodologia sviluppata dal team per effettuare i confronti dovrebbe essere applicabile a molti altri confronti di tecnologie solari, non solo i tipi specifici scelti per questo studio, dice Sofia. "Per le tecnologie a film sottile, questo è generalizzabile, " lei dice.

Perché i materiali che hanno studiato per il case a quattro terminali sono già commercializzati, Sofia dice, "se c'era una società che aveva un interesse, "pratico, sistemi tandem a quattro giunzioni convenienti per applicazioni residenziali potrebbero essere immessi sul mercato abbastanza rapidamente.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.