La fabbrica del sole: 3SUN completa la conversione delle linee produttive e diventa il primo impianto al mondo di celle e moduli fotovoltaici bifacciali con tecnologia a eterogiunzione di silicio amorfo e cristallino.
Il cambiamento climatico in atto richiede (e richiederà) un cambio di rotta da parte di tutti, con il settore energetico che è chiamato a trovare soluzioni che siano eco-sostenibili e – al tempo stesso – in grado di rispondere a una domanda sempre crescente di energia. Infatti, secondo l’ultimo rapporto NEO (New Energy Outlook 2019) di Bloomberg NEF (New Energy Finance), l’attuale domanda globale di energia è destinata a crescere del 62% entro il 2050, con i consumi elettrici a fare da traino.
Una crescente domanda di energia che però sarà soddisfatta dalle energie rinnovabili: sempre secondo le previsioni di Bloomberg NEF entro il 2050 passeremo da una produzione di energia ottenuta per 2/3 da combustibili fossili a una per 2/3 a “emissioni zero”. Per il solare fotovoltaico e l’eolico è previsto un “50-by-50”: ovvero entro il 2050 almeno il 50% dell’energia elettrica sarà prodotta con queste tecnologie. Più nel dettaglio, sarà il solare ad avere una crescita maggiore: basti pensare che oggi pesa solo per il 2% nella generazione dell’energia elettrica e arriverà al 22% entro il 2050.
Il passaggio a una economia “zero carbon” comporterà investimenti, entro il 2050, di 13,3 mila miliardi di dollari (di cui il 77% per fonti rinnovabili). Complessivamente i nuovi impianti, l’80% dei quali “zero carbon”, saranno in grado di erogare una potenza di 15.145 GW. Anche in questo caso l’energia solare sarà quella con il maggior incremento: si stima che il settore dei pannelli fotovoltaici avrà un tasso di crescita di 14 volte rispetto a oggi.
Pannelli fotovoltaici, un’eccellenza tutta italiana
Come abbiamo appena visto il settore dell’energia fotovoltaica avrà un ruolo sempre più di primo piano nella “zero-carbon economy” e, accanto all’incremento del numero di impianti, è necessario migliorarne l’efficienza. In questo ambito spicca una tra le tante, tantissime, eccellenze italiane: 3SUN, business unit di EGP, all’avanguardia nella produzione dei pannelli solari.
Nata a Catania nel 2010, 3SUN (ora di proprietà di EGP, Enel Green Power) è oggi il più grande impianto d’Europa per la produzione di pannelli fotovoltaici. Inizialmente focalizzata sui pannelli fotovoltaici a film sottile multigiunzione a silicio amorfo, in questi ultimi anni ha intrapreso un percorso per spostare la produzione verso un altro tipo di pannelli, con tecnologia a eterogiunzione (o HJT heterojunction technology) di silicio amorfo e cristallino ad alta efficienza.
Fotovoltaico, due famiglie a confronto
Per capire l’importanza del passaggio tecnologico di 3SUN è necessario un breve excursus. La tecnologia fotovoltaica può essere divisa in due macro-famiglie: a silicio cristallino e a film sottile. Quest’ultima può essere a sua volta suddivisa per famiglie di semiconduttori utilizzati e, sebbene tra le alternative ci sia il tellururo di cadmio (CdTe) e il seleniuro di rame-indio (CIS) o il seleniuro di rame-indio-gallio (CIGS), il mercato si è orientato verso il silicio amorfo.
La tecnologia a silicio cristallino e quella a film sottile a silicio amorfo hanno ovviamente pro e contro, ma, in verità, sono abbastanza speculari. Il silicio cristallino è quello che offre la maggiore efficienza, ma ha un pessimo rendimento se non esposto in condizioni ottimali. Viceversa il silicio amorfo non eccelle per efficienza, ma ha un rendimento meno influenzato da temperatura e irraggiamento.
I pannelli fotovoltaici bifacciali di tipo HJT uniscono i vantaggi di due diverse tecnologie: l’efficienza del silicio cristallino e il rendimento del film sottile, che si traducono in un aumento quasi triplo della potenza di picco, rispetto ai pannelli 3SUN di generazione precedente.
Passare a un pannello fotovoltaico basato sulla tecnologia a eterogiunzione (ovvero la giunzione di due tipi diversi di silicio, l’amorfo e il cristallino) permette di integrare le caratteristiche (e i vantaggi) di entrambi i mondi: alta efficienza e alta resa energetica. Inoltre il pannello a eterogiunzione non è influenzato dalla temperatura (ha un ottimo comportamento anche alle alte temperature) e dall’irraggiamento (è possibile realizzare, come fatto da 3SUN, pannelli bifacciali).
3SUN 2.0, ovvero il passaggio all’HJT
Un processo di riconversione e ampliamento, denominato “3SUN 2.0”, che è iniziato nel luglio 2015 e che ha richiesto investimenti per 100 milioni di euro (oltre 80 milioni per la riconversione della fabbrica e circa 20 milioni in Ricerca e Sviluppo presso l’Enel Innovation Lab di Catania). Lo sviluppo delle nuove linee di produzione ha richiesto un processo inizialmente pensato in tre fasi che poi sono state ridotte a due per ottimizzare l’integrazione delle nuove linee produttive.
La prima fase, al via nel primo trimestre 2018, è servita per realizzare una nuova linea di assemblaggio di celle in cristallino per la produzione di pannelli con architettura bifacciale, con una capacità produttiva di 80 MW annui. La seconda fase, iniziata il terzo trimestre del 2018, è stata necessaria per installare due nuove linee produttive di celle con tecnologia HJT, con una capacità produttiva di 200 MW annui che è entrata in funzione alla fine del terzo trimestre del 2019.
La seconda fase, in parallelo alla installazione della linea di celle HJT, ha previsto anche il raddoppio della capacità produttiva della linea moduli e l’upgrade della prima linea di assemblaggio ai nuovi standard arrivando fino al livello di 200 MW/anno per essere adeguata alla capacità della linea celle. Future fasi di ottimizzazione consentiranno di raggiungere una produzione di 250 MW/anno.
3SUN è l’impianto di produzione fotovoltaica più automatizzato al mondo.
Il processo 3SUN 2.0 ha permesso di ottenere due primati: 3SUN è oggi non solo la prima fabbrica a produrre celle e moduli fotovoltaici bifacciali in tecnologia a eterogiunzione, ma è anche l’impianto di produzione fotovoltaica più automatizzato al mondo. A regime la 3SUN opererà a ciclo continuo, 24 ore al giorno 365 giorni l’anno e avrà una produzione, alla fine della riconversione tecnologica, di circa 1.400 pannelli al giorno per un totale di circa mezzo milione di pannelli all’anno.
I vantaggi del nuovo pannello
Il vantaggio della tecnologia a eterogiunzione è, come abbiamo visto, quello di unire le migliori caratteristiche di due distinte tecnologia: a silicio cristallino e a film sottile. Per questo è particolarmente interessante il raffronto delle caratteristiche tecniche tra il nuovo pannello fotovoltaico bifacciale di tipo HJT e quello di generazione precedente a film sottile in silicio amorfo.
Il primo valore da sottolineare è senza dubbio l’efficienza, praticamente raddoppiata: si è infatti passati dal 10% del pannello precedente al 19,5% del pannello HJT. Sono inoltre attese ulteriori migliorie, che porteranno a produrre pannelli con una efficienza del 20,5% nel 2020. Il secondo aspetto da valutare è la resa energetica: la struttura bifacciale consente una maggiore produzione di energia elettrica (fino a +33% rispetto ai pannelli convenzionali monofacciali).
Efficienza e rendimento si traducono in un aumento quasi triplo della potenza di picco dei moduli HJT rispetto alla vecchia tecnologia a film sottile: dai 140 watt per pannello si è passati a 385 watt, con l’obiettivo di raggiungere nel 2020 i 410 watt per pannello.
L’ultimo, ma non certo meno importante, vantaggio è legato all’affidabilità: mentre i precedenti pannelli garantivano un ciclo di vita fino a 25 anni, i nuovi pannelli HJT hanno una robustezza tale da consentire una durata superiore a 35 anni, con alte prestazioni anche in situazioni climatiche estreme.
Il traguardo raggiunto con i pannelli HJT non è però il punto di arrivo, ma il nuovo punto di partenza. L’obiettivo dichiarato dell’azienda catanese è quello di superare il limite teorico d’utilizzo del silicio e raggiungere un’efficienza che vada oltre il 28% nei prossimi cinque anni con un approccio a cella tandem di alta efficienza.