Un nuovo studio mostra che, contrariamente alla credenza diffusa nel settore dell'energia solare, i nuovi tipi di celle e pannelli solari non devono necessariamente durare dai 25 ai 30 anni per essere economicamente sostenibili nel mercato odierno.

Piuttosto, i pannelli solari con una durata iniziale di soli 10 anni a volte possono avere un senso economico, anche per installazioni su scala di rete, aprendo così potenzialmente la porta a nuove promettenti tecnologie solari fotovoltaiche che sono state considerate non sufficientemente durevoli per un uso diffuso.

Le nuove scoperte sono descritte in un articolo sulla rivista Joule , di Joel Jean, un ex postdoc del MIT e CEO della startup Swift Solar; Vladimir Bulovic, professore di ingegneria elettrica e informatica e direttore del MIT.nano; e Michael Woodhouse del National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Colorado.

"Quando parli con le persone nel campo solare, dicono che ogni nuovo pannello solare deve durare 25 anni, " dice Jean. "Se qualcuno propone una nuova tecnologia con una durata di 10 anni, nessuno lo guarderà. Questa è considerata conoscenza comune nel campo, ed è un po' paralizzante".

Jean aggiunge che "questa è una barriera enorme, perché non puoi provare una vita di 25 anni in un anno o due, o anche 10." Quella presunzione, lui dice, ha lasciato molte nuove tecnologie promettenti bloccate ai margini, poiché le tecnologie convenzionali del silicio cristallino dominano in modo schiacciante il mercato solare commerciale. Ma, i ricercatori hanno scoperto, non è necessario che sia così.

"Dobbiamo ricordare che alla fine ciò che interessa alle persone non è il costo del pannello; è il costo livellato dell'elettricità, "dice. In altre parole, è il costo effettivo per kilowattora erogato durante la vita utile del sistema, compreso il costo dei pannelli, inverter, scaffalature, cablaggio, terra, manodopera di installazione, permettendo, interconnessione alla rete, e altri componenti del sistema, insieme ai costi di manutenzione continua.

Parte del motivo per cui l'economia dell'industria solare sembra diversa oggi rispetto al passato è che il costo dei pannelli (noti anche come moduli) è crollato così tanto che ora, il "bilancio dei costi di sistema", cioè tutto tranne i pannelli stessi, supera quello dei pannelli. Ciò significa che, purché i nuovi pannelli solari siano elettricamente e fisicamente compatibili con le scaffalature e gli impianti elettrici, può avere senso economico sostituire i pannelli con nuovi, migliori non appena disponibili, riutilizzando il resto del sistema.

"La maggior parte della tecnologia è nel pannello, ma la maggior parte del costo è nel sistema, " dice Jean. "Invece di avere un sistema dove lo installi e poi sostituisci tutto dopo 30 anni, cosa succede se sostituisci i pannelli prima e lasci tutto il resto uguale? Uno dei motivi che potrebbe funzionare in modo economico è se li stai sostituendo con pannelli più efficienti, ", il che è probabile che accada poiché in tutto il mondo viene esplorata un'ampia varietà di tecnologie più efficienti e a basso costo.

Dice che ciò che il team ha trovato nella loro analisi è che "con alcuni avvertimenti sul finanziamento, Puoi, in teoria, ottenere un costo competitivo, perché i tuoi nuovi pannelli stanno migliorando, con una vita di soli 15 o anche 10 anni."

Sebbene i costi delle celle solari siano diminuiti di anno in anno, Bulovic dice, "l'aspettativa di dover dimostrare una durata di 25 anni per qualsiasi nuova tecnologia di pannelli solari è rimasta una tautologia. In questo studio mostriamo che man mano che i pannelli solari diventano meno costosi e più efficienti, il bilancio dei costi cambia in modo significativo."

Dice che uno degli obiettivi del nuovo documento è quello di avvisare i ricercatori che le loro nuove invenzioni solari possono essere convenienti anche se di durata relativamente breve, e quindi può essere adottato e distribuito più rapidamente del previsto. Allo stesso tempo, lui dice, gli investitori dovrebbero sapere che possono realizzare maggiori profitti optando per tecnologie solari efficienti che potrebbero non essere state provate per durare così a lungo, sapendo che periodicamente i pannelli possono essere sostituiti con nuovi, quelli più efficienti.

"Le tendenze storiche mostrano che la tecnologia dei pannelli solari continua a diventare più efficiente anno dopo anno, e questi miglioramenti sono destinati a continuare negli anni a venire, " dice Bulovic. Celle solari a base di perovskite, Per esempio, quando sviluppato per la prima volta meno di un decennio fa, aveva efficienze solo di qualche punto percentuale. Ma recentemente le loro prestazioni record hanno superato il 25% di efficienza, rispetto al 27 percento per la cella di silicio record e circa il 20 percento per i moduli di silicio standard di oggi, secondo Bulovic. È importante sottolineare che in nuovi design di dispositivi, una cella solare perovskite può essere impilata sopra un'altra perovskite, silicio, o cella a film sottile, aumentare il limite massimo di efficienza raggiungibile a oltre il 40 per cento, che è ben al di sopra del limite fondamentale del 30% delle odierne tecnologie solari al silicio. Ma le perovskiti hanno problemi di longevità operativa e non hanno ancora dimostrato di essere in grado di avvicinarsi allo standard di 25 anni.

Bulovic spera che lo studio "sposterà il paradigma di ciò che è stato accettato come una verità globale". Fino ad ora, lui dice, "molte tecnologie promettenti non hanno nemmeno avuto inizio, perché l'asticella è troppo alta" sulla necessità di durata.

Per la loro analisi, il team ha esaminato tre diversi tipi di installazioni solari:un tipico sistema residenziale da 6 kilowatt, un impianto commerciale da 200 kilowatt, e un grande sistema su scala di utilità da 100 megawatt con inseguimento solare. Hanno utilizzato i parametri di riferimento NREL per i sistemi solari statunitensi e una varietà di ipotesi sui progressi futuri nello sviluppo della tecnologia solare, finanziamento, e lo smaltimento dei pannelli iniziali dopo la sostituzione, compreso il riciclaggio dei moduli usati. I modelli sono stati convalidati utilizzando quattro strumenti indipendenti per il calcolo del costo livellato dell'elettricità (LCOE), una metrica standard per confrontare la fattibilità economica di diverse fonti di elettricità.

In tutti e tre i tipi di installazione, hanno trovato, a seconda delle particolarità delle condizioni locali, la sostituzione con nuovi moduli dopo 10-15 anni potrebbe in molti casi fornire vantaggi economici pur mantenendo i numerosi vantaggi ambientali e di riduzione delle emissioni dell'energia solare. Il requisito fondamentale per la competitività in termini di costi è che qualsiasi nuova tecnologia solare da installare negli Stati Uniti dovrebbe iniziare con un'efficienza del modulo di almeno il 20 percento, un costo non superiore a 30 centesimi per watt, e una vita di almeno 10 anni, con il potenziale per migliorare su tutti e tre.

Jean sottolinea che le tecnologie solari che oggi sono considerate standard, principalmente a base di silicio ma anche varianti a film sottile come il tellururo di cadmio, "non erano molto stabili nei primi anni. Il motivo per cui oggi durano dai 25 ai 30 anni è che sono stati sviluppati per molti decenni". La nuova analisi potrebbe ora aprire la porta ad alcune delle nuove tecnologie promettenti da impiegare su scala sufficiente per accumulare livelli simili di esperienza e miglioramento nel tempo e per avere un impatto sui cambiamenti climatici prima di quanto potrebbero senza la sostituzione del modulo, lui dice.

"Questo potrebbe consentirci di lanciare idee che sarebbero morte sulla vite" per la percezione che una maggiore longevità fosse essenziale, Bulovic dice.