Progetto Integrato Fotovoltaico innovativo, efficiente e sostenibile (Progetto 1.1)

In questo work package sono studiati materiali, architetture di celle solari e processi di realizzazione per dispositivi di nuova generazione. In particolare, vengono progettate celle solari a multigiunzione dove due o più materiali sono combinati insieme con l’obiettivo di sfruttare meglio lo spettro solare consentendo così di raggiungere efficienze maggiori rispetto a quelle ottenibili con dispositivi a singola giunzione. È previsto lo sviluppo di materiali trasportatori di carica e di film di perovskite con differenti bandgap che potranno essere utilizzati come assorbitori in dispositivi in perovskite a singola giunzione o per la realizzazione di celle solari a multigiunzione. Sono, poi, sviluppati materiali e architetture di dispositivo per celle solari a base di Si da utilizzare come componente posteriore di una cella tandem del tipo perovskite/Si. I vari materiali in fase di sviluppo sono testati in dispositivi tandem con differenti architetture per valutare quelle più promettenti in vista di un possibile trasferimento industriale. Inoltre, è prevista la realizzazione di mini-moduli tandem perovskite/silicio a 4 terminali per dare inizio a valutazioni outdoor di questa nuova tecnologia in connessione con le attività in corso nel WP3. A valle dello sviluppo di film di perovskiti con differenti proprietà ottiche se ne prevede l’utilizzo per uno studio preliminare di dispositivi a tripla giunzione a base di film sottili di perovskite o del tipo perovskite/perovskite/Si.

Con l’obiettivo di migliorare la sicurezza, la longevità e l’energia elettrica prodotta degli impianti FV, in questo work package sono previste attività che si propongono di confrontare le prestazioni e l’affidabilità di moduli FV di recente immissione sul mercato realizzati con celle in silicio di differenti tecnologie. Si prevede di realizzare prototipi di impianti FV in siti geografici differenti, caratterizzati quindi da differenti condizioni climatiche. Per la realizzazione di tali impianti saranno utilizzati e comparati moduli FV con celle solari ad eterogiunzione di silicio (SHJ) e moduli realizzati con celle di tipo TOPCon, al fine di comprendere quale tecnologia possa essere più vantaggiosa e maggiormente affidabile per l’applicazione specifica.

Gli impianti FV già disponibili nel progetto insieme a quelli di nuova realizzazione e i relativi dati prestazionali contribuiranno anche allo sviluppo di tecniche diagnostiche innovative che congiuntamente allo sviluppo di metodi di intelligenza artificiale potranno contribuire a definire strategie di anomaly detection per gli stessi impianti FV. In particolare, si prevede di utilizzare e testare in condizioni di reale funzionamento di un impianto fotovoltaico, le tecniche di indagine della termografia a infrarosso e della fotoluminescenza per mettere a punto un protocollo di test che permetta di individuare lo stato dell’impianto e le cause di eventuali malfunzionamenti.

L’attività prevede lo studio di soluzioni per l’applicazione del FV in diversi contesti. Saranno effettuati degli studi volti a sistematizzare le conoscenze attuali su impianti agrivoltaici per suggerire approcci innovativi alla progettazione e/o all’inserimento di essi in aree rurali e peri urbane. Con la collaborazione di esperti nel settore agricolo e l’ausilio di impianti agrivoltaici su cui effettuare prove sperimentali verranno investigate soluzioni efficaci per il monitoraggio, la manutenzione e l’ottimizzazione delle prestazioni sia agricole che energetiche. Inoltre, con la realizzazione e/o ottimizzazione di impianti dimostratori agrivoltaici nel progetto si costituirà un hub sperimentale diffuso disponibile per lo studio di soluzioni progettuali innovative. Sono, inoltre, condotti studi sulla crescita di piante in serre con coperture fotovoltaiche semitrasparenti con approcci su scale differenti. In particolare, alla scala di laboratorio si studieranno celle solari innovative basate su film sottili organici, che trasmettano la radiazione solare necessaria alla crescita delle piante e utilizzino il resto dello spettro solare per la generazione elettrica. Si prevede, inoltre di progettare sistemi di test outdoor non convenzionali per la caratterizzazione di moduli fotovoltaici di diverse tipologie e tecnologie. Infine si intende progettare e sviluppare un approccio per impianti FV galleggianti near-shore e definire per essi le migliori pratiche per il monitoraggio e la manutenzione.

Nell’ambito delle attività di sostenibilità ambientale previste dal progetto si lavora allo studio e sviluppo di film polimerici per l’incapsulamento dei moduli FV. L’ecodesign di moduli fotovoltaici include aspetti legati all’affidabilità, alla durabilità, al mantenimento delle prestazioni nel tempo e all’utilizzo di materiali ad alta efficienza e a basso impatto ambientale. Tra i materiali che contribuiscono alla ecosostenibilità dei moduli, il film incapsulante è molto importante in quanto la diminuzione della potenza del modulo è strettamente connessa con le proprietà specifiche del materiale incapsulante e con il suo invecchiamento. Per migliorare la tecnologia di produzione dei moduli, al fine di garantire prestazioni e affidabilità ottimali nel tempo, è necessario intervenire anche nella formulazione degli incapsulanti, in modo da avere materiali con caratteristiche ottiche, chimiche e meccaniche ottimizzate.

Le attività prevedono lo sviluppo di nuove formulazioni polimero-additivo che possano aumentare la stabilità dei dispositivi evitando il rilascio di sostanze dannose provenienti dalle celle, che potrebbe ridurre le prestazioni del modulo e la sua durabilità. Questa è una necessità particolarmente incalzante per i moduli realizzati con celle di tecnologia più recente, come ad esempio quelle a basi di film assorbitori in perovskite.

Questo WP si occupa di coordinare le attività svolte da affidatari e co-beneficiari del progetto per favorire lo scambio di informazioni e promuovere un utilizzo ottimale delle competenze e delle infrastrutture disponibili.

Sono inoltre previste attività che hanno l’obiettivo di promuovere la disseminazione e comunicazione dei risultati delle ricerche condotte nel progetto, puntando a creare un duraturo e costruttivo contatto con i soggetti potenzialmente interessati alle ricerche in ambito fotovoltaico (operatori del settore, Istituti di ricerca, utilizzatori delle tecnologie FV e Organismi di legislazione, di regolamentazione e di normativa). In particolare la valorizzazione dei risultati ottenuti nel progetto verso un ampio pubblico di stakeholders e fruitori  saranno perseguiti mediante (1) la partecipazione a conferenze e convegni, (2) la pubblicazione di articoli su riviste scientifiche o di settore, (3) la partecipazione ad organi o comitati normativi nazionali o internazionali (CEI, IEC, IEA-PVPS, EERA PV, AIAS) con l’intento di redigere norme, linee guida, best practices che tengano conto anche dei risultati ottenuti dalle ricerche di questo progetto e con lo scopo di seguire in maniera costante gli sviluppi del settore FV e le esigenze e le aspettative degli operatori del settore.