L’energia solare è una componente centrale della transizione energetica. I pannelli fotovoltaici cristallini dominano il mercato perché la loro efficienza e durata li rendono la scelta preferita nel settore fotovoltaico. Per poter produrre in modo economico su larga scala, si ricorre a processi di produzione automatizzati. Dalla stringatura precisa delle celle solari al processo di laminazione fino al controllo di qualità finale: queste sono le fasi più importanti della produzione.
Introduzione: celle solari cristalline e struttura di un pannello solare
Nella tecnologia fotovoltaica, i pannelli in silicio cristallino sono i più utilizzati. Sono costituiti da diverse celle solari, a loro volta costituite da wafer di silicio. Il wafer contiene silicio sottoposto a drogaggio, che può generare una separazione di carica elettrica attraverso l’aggiunta mirata di atomi estranei. I contatti metallici sottili, le cosiddette busbar, conducono la corrente. Le sottili barrette metalliche raccolgono la corrente sull’intera superficie della cella e la conducono alle busbar, che fungono da linguette di contatto per l’ulteriore trasmissione elettrica.
Un pannello solare è a sua volta composto da diverse celle solari. Per proteggere le cellule sensibili dagli influssi meccanici e atmosferici, le celle stesse sono incastonate tra diversi strati. Una lastra di vetro sul lato anteriore garantisce la stabilità, mentre una pellicola di plastica (solitamente EVA = etilene vinil acetato) funge da materiale di incapsulamento. Il retro è costituito da un’altra pellicola di plastica o da un secondo strato di vetro, sul quale è fissata anche la scatola di giunzione per la trasmissione della corrente continua generata. Un telaio in alluminio racchiude il pannello e ne facilita l’installazione.
La produzione di un pannello solare punto per punto
La produzione di wafer di silicio è un processo altamente specializzato che viene solitamente eseguito da aziende high-tech. La produzione vera e propria di pannelli fotovoltaici inizia con celle solari finite, già sottoposte a drogaggio e dotate di un rivestimento antiriflesso.
Fase 1 – Collegamento delle celle solari: il processo di stringing
La prima fase della produzione di un modulo solare consiste nel collegare tra loro le singole celle solari. Questo processo è noto come stringing: le celle sono saldate attraverso le loro busbar con sottili strisce di rame (i cosiddetti ribbon). Le cellule sono disposte in file, le stringhe. Per evitare fratture e microfratture nelle delicate celle di silicio è necessaria la massima precisione. Il processo di saldatura deve essere ottimizzato in modo da ridurre al minimo le sollecitazioni meccaniche e termiche.
Fase 2 – Taglio e posizionamento degli strati: il processo di stratificazione
Una volta che tutti gli strati del modulo solare – vetro, film EVA, stringhe e pellicola di supporto – sono stati tagliati su misura, nella fase successiva vengono posizionati con precisione l’uno sull’altro. Questo processo è noto come layup. Il posizionamento automatico viene eseguito con una precisione di posizionamento di ±0,1 mm.
Fase 3 – Laminazione
Dopo il posizionamento, i singoli strati vengono incollati per formare un’unità stabile e durevole, la cosiddetta laminazione. Il modulo viene riscaldato in un sacco a vuoto o in un’autoclave, in genere a circa 140°C, utilizzando una pressione negativa o positiva (fino a 10 bar). Durante questo processo, il film di EVA, precedentemente lattiginoso, si polimerizza in uno strato di plastica trasparente e reticolato tridimensionalmente. In questo modo le celle solari sono saldamente legate alla lastra di vetro e alla pellicola di supporto.
Fase 4 – Bordi e telai
Dopo la laminazione, il modulo viene preparato per il suo impiego finale. In primo luogo, i bordi vengono rifilati per rimuovere qualsiasi materiale sporgente, in particolare i residui della pellicola EVA e del film di supporto. Infine, viene installata la scatola di giunzione. Nella fase finale, il modulo viene dotato di un telaio in alluminio, che ne garantisce la stabilità meccanica e ne facilita l’assemblaggio. Il telaio viene fissato con il silicone o con uno speciale nastro adesivo.
Fase 5 – Controllo qualità e classificazione
Prima che un pannello solare esca dalla produzione, viene testato per verificarne le prestazioni e la sicurezza. Un simulatore solare misura la curva elettrica, mentre i test di elettroluminescenza e di isolamento rilevano difetti o anomalie del materiale. Infine, prima di essere imballati e consegnati, i pannelli vengono classificati in base ai livelli di prestazione.
La pressione dei costi nella produzione di pannelli fotovoltaici
La produzione di pannelli fotovoltaici è soggetta a un’enorme pressione in termini di costi. Mentre la domanda di energia rinnovabile è in aumento, in molti Paesi i sussidi statali sono stati ridotti o del tutto azzerati. Allo stesso tempo, la concorrenza, in particolare quella delle aziende asiatiche, sta aggravando la situazione del mercato. Per rimanere economicamente competitivi, i produttori europei, e non solo, sono chiamati a ridurre i costi di produzione, ma senza compromettere la qualità. Un modo per farlo è quello di utilizzare attrezzature di produzione usate. Fino al 27 marzo Surplex mette all’asta diversi macchinari per la produzione di pannelli fotovoltaici.