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Storia del Fotovoltaico

La storia del Fotovoltaico: come e quando è nato, proiezioni future

Storia del fotovoltaico. Il Fotovoltaico rappresenta una delle tecnologie per l’energia rinnovabile più sfruttate, che contribuiranno alla decarbonizzazione permettendoci di superare il ricorso ai combustibili fossili.

Come e quando è nato il Fotovoltaico?

Facciamo una premessa. Prima della rivoluzione industriale, fin dai tempi più antichi, tutte le civiltà umane hanno utilizzato in varie forme l’energia solare, seppure con tecnologie arcaiche rispetto a quelle utilizzate attualmente. Il principio e l’intenzione, però, erano gli stessi: sfruttare una fonte energetica rinnovabile. Attraverso l’uso di pannelli ed altri elementi, gli impianti fotovoltaici trasformano l’energia solare in energia elettrica. Il termine ‘foto-voltaico’ è composto dalla parola greca ‘phos’ (luce) e ‘volt’, l’unità di forza elettromotrice il cui nome è legato ad Alessandro Volta. A questo chimico e fisico italiano si deve l’invenzione della pila, primo generatore elettrico della storia; si può definire il nonno del fotovoltaico.

In sostanza, il Fotovoltaico è un ritorno al passato per l’umanità con tecnologie avanzate che si evolvono costantemente. La storia evolutiva del fotovoltaico ha attraversato secoli attingendo a tanti padri ognuno dei quali ha contribuito in parte al progresso tecnologico.

Quando ha cominciato a circolare il termine ‘Fotovoltaico’ e grazie a chi?

Storia del Fotovoltaico: chi ha creato la prima cella fotovoltaica

Si iniziò ad usare il termine fotovoltaico nel 1839 quando il fisico francese Alexandre Edmond Becquerel scoprì il cosiddetto ‘effetto fotovoltaico’. Bécquerel, notando che durante alcune reazioni chimiche indotte dalla luce viene generata corrente elettrica, scoprì l’effetto fotogalvanico (cella galvanica) negli elettroliti.

Da certi elementi metallici esposti ai raggi solari si generò un lieve flusso di corrente elettrica. Fu questa la prima significativa scoperta che permise, in seguito, di sviluppare la moderna tecnologia.

Da quel momento, si susseguirono nuove scoperte nell’ambito dell’energia fotovoltaica. Ad esempio, nel 1876, gli inglesi Willoughby Smith, Richard Evans e William G. Adams scoprirono l’effetto della luce solare sul selenio, elemento chimico che emette una lieve scarica di energia se viene illuminato. Sulla base di questa osservazione, l’americano Charles Fritts nel 1879 sviluppò il primo pannello fotovoltaico realizzato con una pellicola d’oro ed uno strato di selenio. Charles Fritts si può, dunque, ritenere il secondo padre del fotovoltaico. A Fritts si attribuisce il merito di aver realizzato nel 1883 la prima cella solare a selenio di 30 cm quadrati funzionante, che generava una corrente continua, costante e di notevole forza. Nacque così la prima cella solare a basso impatto della storia. L’anno seguente, nel 1884, Fritts installò su un tetto di New York il primo prototipo in assoluto di impianto fotovoltaico.

L’evoluzione del Fotovoltaico

Diversi scienziati, fisici e ingegneri hanno contribuito, nel corso degli anni, all’evoluzione tecnologica del Fotovoltaico. Tra questi, alcuni hanno fatto passi decisamente più lunghi di altri.

Uno starter importante è dato dalle ricerche sull’effetto fotoelettrico condotte da Albert Einstein. Pubblicò la sua teoria sull’effetto fotoelettrico che, nel 1921, gli valse il Premio Nobel per la Fisica. Con la teoria dell’effetto fotoelettrico, Einstein definì la luce come un flusso di ‘pacchetti di energia’. L’effetto fotoelettrico è un fenomeno determinante nella produzione di elettricità tramite celle fotovoltaiche.

La prima cella solare in silicio (oggi chiamato PoC) è stata creata nel 1954 dagli scienziati Gerald Pearson, Daryl Chapin e Calvin Fuller dei laboratori Bell. Il silicio è in grado di generare corrente elettrica misurabile. Come scrisse il New York Times, questo sistema aprì l’inizio di una nuova era all’insegna dello sfruttamento illimitato di energia solare per qualsiasi tipo di utilizzo. La prima cella solare fotovoltaica in silicio dei laboratori Bell è stata brevettata nel 1955.

Nel 1958 è stato lanciato nello spazio il Vanguard I, la prima navicella spaziale alimentata da celle fotovoltaiche. Da quel momento, le celle fotovoltaiche sono state utilizzate in ogni progetto spaziale.

I primi moduli fotovoltaici commerciali furono prodotti nel 1963 dall’azienda giapponese Sharp. Negli anni ’70, con la crisi petrolifera, questa fonte alternativa e rinnovabile iniziò ad essere presa in considerazione.

La storia del Fotovoltaico in Italia

In Italia è stato installato il primo impianto fotovoltaico nel 1979 con una potenza di 1 kW: si trova al Passo della Mandriola, tra gli Appennini.

Negli anni ’90, l’Italia si è piazzata tra i precursori nel settore fotovoltaico grazie a piani incentivanti come il Conto Energia, la detrazione fiscale 50% e lo scambio sul posto.

Tra gli anni ’90 e 2000, la diffusione esponenziale del fotovoltaico ha toccato una crescita del 400%. Grazie agli studi sul silicio, i pannelli solari diventarono sempre più performanti e accessibili, meno impattanti.

Nel 1997, le celle solari della SunPower ad elevata efficienza alimentarono il Pathfinder, un velivolo ad energia solare progettato dalla NASA ad alta quota, a pilotaggio remoto, senza pilota.

Il settore fotovoltaico è progredito in modo straordinario a livello sia tecnologico sia di abbattimento dei prezzi. Il mercato è cresciuto anche grazie agli incentivi statali, all’impegno delle aziende, alle startup, all’aumento di competitività rispetto alle fonti energetiche classiche.

Fotovoltaico in Italia: tecnologie utilizzate

Il silicio policristallino è, attualmente, il più utilizzato in Italia: copre il 90% circa dei moduli.

I pannelli solari di ultima generazione sfruttano tecnologie in grado di migliorarne l’efficienza. Una di queste tecnologie è half-cut che suddivide in due la cella fotovoltaica. Questo sistema conferisce alla cella maggiore tolleranza all’ombreggiamento, minor rischio di micro-crepe nel tempo, riduzione delle perdite resistive.

Ultimamente, un’altra tecnologia utilizzata è la PERC che, oltre a migliorare l’efficienza delle celle, favorisce l’imprigionamento della luce sulla superficie posteriore.

La ricerca, in Italia come nel mondo, si concentra sulla scoperta di materiali semiconduttori e tecniche in grado di ottenere alta efficienza e basso costo.

Storia del Fotovoltaico: ricerca e innovazioni

Nel 2005, presso l’Università di Toronto è stato creato un materiale plastico basato su nanotecnologie che trasformano in elettricità i raggi solari anche nella banda dell’infrarosso. Di conseguenza, sarebbe in grado di funzionare anche quando il tempo è nuvoloso. Questo materiale si può spruzzare su una superficie come la carrozzeria di un’auto o un vestito. I ricercatori sperano in questo modo di aumentare le performance superando di cinque volte quelle del silicio.

Il fotovoltaico organico permette di abbattere i costi senza, però, incrementare l’efficienza degli impianti. Si tratta di una tecnologia che sfrutta pigmenti organici in alternativa ai semiconduttori inorganici.

L’utilizzo di semiconduttori policristallini con struttura di perovskite, secondo uno studio pubblicato nel 2013 su Science, aumentano l’efficienza delle celle solari del 15% circa.

Nel 2021 la ricerca ha riproposto l’uso di nanotecnologie per implementare sistemi in grado di assorbire, convertire e stoccare l’energia del sole abbattendo i costi in modo sostenibile. Questi sistemi permettono di integrare due funzionalità (conversione e stoccaggio) in una sola unità compatta. Nanoparticelle a base di carbonio (come il grafene) vengono combinate con certi tipi di ossidi di metalli come zinco, indio, stagno.

Fotovoltaico: tre sistemi innovativi proiettati nel futuro

Il settore continua ad evolversi con lo sviluppo di nuovi materiali e modelli di impianti fotovoltaici. Tra questi, segnaliamo le fattorie solari galleggianti, il BIPV e le celle solari notturne.

Il primo sistema di fattoria solare galleggiante da 175 kWh è stato installato presso la cantina Far Niente nella Napa Valley, in California. Questo sistema presenta diversi vantaggi. I pannelli solari sistemati su corpi idrici come serbatoi aumentano di efficienza, producono maggiore elettricità senza sfruttare immobili o terreni, costano meno degli impianti a terra, riducono la perdita di acqua per evaporazione, evitano la formazione di alghe nocive.

Prende sempre più piede un altro sistema innovativo, il BIPV (Building-Integrated Photovoltaics), noto in Italia come FAI (Fotovoltaico Architettonicamente Integrato). Questo sistema multifunzionale nato negli anni ’80 può essere integrato con altri materiali edili (come le pelli solari, molto sottili) per migliorare l’efficienza energetica.

Uno dei modelli più innovativi nel settore Fotovoltaico è dato dalle celle solari notturne. Si tratta di un impianto sviluppato da un team dell’Università della California costituito da pannelli fotovoltaici che funzionano anche di notte, senza bisogno del sole. Progettate ad hoc, queste celle potrebbero generare fino a 50 W di potenza per metro quadrato.

Francesco Ciano

Francesco CIANO

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