di Paolo Travisi
L’innovativo incapsulante studiato dall’ENEA supera le prestazioni dell’EVA
Si fa sempre più raffinata la ricerca italiana per migliorare resistenza e performance dei pannelli fotovoltaici, con l’obiettivo di rendere sempre più efficiente la produzione di energia. ENEA, un’eccellenza italiana in questo settore, ha sviluppato un materiale innovativo per proteggere le celle solari dagli stress ambientali e ossidativi. E lo ha fatto superando di netto quello che oggi è considerato lo standard di settore.
L’incapsulamento delle celle fotovoltaiche
Uno dei passaggi fondamentali nella produzione delle celle fotovoltaiche è l’incapsulamento. Di cosa si tratta? Del processo di sigillatura delle unità solari, finalizzato a proteggere i materiali attivi dagli effetti negativi dell’ossigeno, dell’umidità ambientale, dalle radiazioni UV, dal calore e persino dalle sollecitazioni meccaniche esterne. Ovviamente oltre alla funzionalità protettiva, i materiali di incapsulamento devono essere trasparenti per non ostacolare il passaggio della luce. E devono anche essere economici e industrialmente validi, garantendo una stabilità a lungo termine preferibilmente per periodi di tempo superiori a 20 anni.
La procedura di applicazione include la laminazione delle superfici superiore e inferiore delle celle solari con un sottile strato di polimero, come etilene vinil acetato (EVA), poliolefine o altri materiali, come PVB, ionomeri o silicone.
Incapsulante EVA, vantaggi e svantaggi
Il più comune ed usato è sicuramente l’EVA, polimero termoindurente addizionato con particolari additivi che ne migliorano le proprietà ottiche e chimiche. Il suo punto di forza è l’eccellente trasmissione della luce solare unitamente ad una buona elasticità, una bassa temperatura di lavorazione, ottime proprietà adesive e prezzo contenuto. Tuttavia, questo incapsulante per celle solari presenta ancora degli evidenti limiti tecnici. A partire dalla tendenza a degradarsi dopo lunghi periodi di esposizione al sole. Non solo il materiale tende a ingiallire (perdendo parte della sua trasparenza) ma può andare incontro a decomposizione fototermica rilasciando acido acetico e altri composti volatili. L’acido a sua volta determina la corrosione delle celle danneggiandone le capacità.
Il team di ricerca del Centro Enea di Portici (Napoli) è partito da questa problematica nota, per sviluppare una serie di nuove e più resistenti pellicole per proteggere le celle solari con maggiore stabilità.
Un pizzico di poliolefine per proteggere le celle solari
“Per far fronte alle criticità dell’EVA, la nostra attenzione si è focalizzata su materiali alternativi, tra questi ci sono le poliolefine, polimeri termoplastici che hanno caratteristiche molto interessanti, tra cui una maggiore stabilità termica, perché possono resistere fino ai 400 °C rispetto ai 300 °C dell’EVA, oltre ad avere una migliore resistenza alla degradazione da raggi UV ed a rappresentare una migliore barriera contro l’umidità”, sottolinea Valeria Fiandra, ricercatrice del Laboratorio ENEA Dispositivi innovativi e co-autrice dello studio con Lucio Sannino, Concetta Andreozzi, Giovanni Flaminio (Laboratorio Energia e Data Science) e Michele Pellegrino (Sezione Metodologie, Approcci e Strumenti per l’analisi della Sostenibilità delle Tecnologie Energetiche).
Questa classe di polimeri offre alcuni vantaggi a partire dall’assenza di sottoprodotti nocivi come l’acido acetico, aprendo la strada al miglioramento dei moduli fotovoltaici più efficienti e durevoli. Nel dettaglio la ricerca Enea si è focalizzata su poliolefine termoplastiche (TPO) ed elastomeri poliolefinici (POE), esaminando diversi film polimerici incapsulanti disponibili in commercio, con differenti formulazioni chimiche. Il team ha simulato in laboratorio le condizioni ambientali stressanti, studiandone i cambiamenti a livello delle proprietà ottiche, termiche e chimiche.
“I test preliminari, pubblicati su ScienceDirect, sono molto incoraggianti e mettono anche in evidenzia che durabilità e resistenza ai raggi ultravioletti di questi nuovi film incapsulanti possono migliorare ulteriormente, aggiungendo nella formulazione additivi appropriati”, ha aggiunto Fiandra.
Protezione e riciclabilità
Questa innovazione nel materiale risponde anche ad un crescente impegno della ricerca internazionale verso la sostenibilità, perché i polimeri tradizionali (EVA) durante il processo di trasformazione vanno incontro a una reazione che creando legami forti, li rende difficilmente riciclabili. Al contrario le poliolefine applicate da Enea, diventano malleabili quando sono riscaldate e tornano solide, una volta fredde. La possibilità di rimodellarli molte volte, senza subire alterazioni chimiche o degradazioni, rende questo polimero perfetto in un’ottica di sostenibilità economica e ambientale.
Conclude Fiandra di Enea, “Con la nostra attività vogliamo fornire alle aziende uno strumento utile alla scelta del film incapsulante più adatto per la fabbricazione di moduli con elevate prestazioni, durevoli nel tempo”.
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