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Pannelli solari trasparenti, la nuova frontiera dell’energia pulita

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Pannelli solari trasparenti, una nuova frontiera dell’energia pulita che aumenta il settore delle energie rinnovabili offrendoci una nuova soluzione per sconfiggere uno dei problemi più grandi del nostro tempo.

La ricerca nell’ambito del fotovoltaico sta continuando ad andare avanti e punta ad elaborare impianti sempre più efficienti, pratici ed applicabili ovunque. Non solo quindi sui tetti delle case ma anche in qualsiasi genere di superficie riflettente, trasformando così una comune finestra in un impianto ad energia pulita.

Con questa nuova soluzione, la tecnologia nella sua evoluzione ha raggiunto tre scopi:

  • abbassare i costi dei moduli,
  • aumentarne l’efficienza e renderli perfettamente integrabili in qualsiasi materiale o struttura,
  • adatti ad ogni contesto, sia residenziale che commerciale.

I pannelli fotovoltaici trasparenti sono dei pannelli innovativi che possono essere costruiti con materiali plastici o vetrosi ed hanno la particolarità di far filtrare la luce naturale del sole attraverso la loro superficie. Vengono attraversati dai raggi di luce solare proprio come se fossero un normale vetro, diventando quindi un elemento architettonico funzionale.

Avendo poi un aspetto meno impattante rispetto al fotovoltaico tradizionale ed un design più accattivante, sono maggiormente graditi perché riescono a combinare gli aspetti fondamentali di ogni nuova tecnologia: funzionalità, utilità e design.

Questa innovazione è nata nel 1991, grazie alle capacità e alle conoscenze di Michael Gratzel e Brian O’Regan, i quali hanno sviluppato delle particolari celle fotoelettrochimiche costituite da due vetri conduttori, che ricoprono il ruolo di elettrodi, separati da uno strato di biossido di titanio.

Innovazione che è stata poi migliorata dal professore Richard Lunt, scienziato dei materiali presso il MIT, la Michigan State University, che ha migliorato le precedenti celle solari che avevano il difetto di possedere una bassa efficienza energetica e di generare una luce visibile all’occhio umano, rendendo, di conseguenza, il vetro colorato. Il suo prototipo ha risolto il problema di mantenere la trasparenza del supporto su cui sono installate, con capacità di raccogliere i raggi ultravioletti e infrarossi non visibili all’occhio umano, convertendoli in energia. Negli anni successivi si sono susseguiti diversi tentativi di ottimizzare l’invenzione fino ad arrivare ad un nuovo prototipo, perfezionato da un team dell’École Polytechnique Fédérale di Losanna, con cui si è raggiunti dei valori molto positivi rispetto al passato in termini di efficienza.

Fotovoltaico trasparente

Come funzionano i pannelli solari trasparenti?

Per capire meglio come funzionano, partiamo dal fatto che tutte le tipologie di pannelli fotovoltaici sfruttano l’energia solare e tra le fonti di energia rinnovabili e a basso impatto ambientale sono quelle che stanno trovando una sempre maggiore diffusione non solo su abitazioni di tipo privato ma anche in grandi strutture come fabbriche, stadi o scuole.

La divulgazione degli impianti di tipo tradizionale sarebbe ancora superiore se il loro sistema di installazione non fosse così impegnativo e il loro aspetto esteriore avesse un maggiore appeal. Ecco perché le più recenti ricerche in ambito tecnologico hanno messo a punto dei nuovi pannelli fotovoltaici come quelli trasparenti che, grazie alle migliori tecnologie, mettono insieme ottime performance che si uniscono ad un design semplice ed elegante e che li rendono applicabili in ogni contesto architettonico.

Un trend questo confermato anche dai dati del GSE che evidenziano come il fotovoltaico, sia in termini di numerosità di impianti che di nuova capacità installata, abbia raddoppiato i risultati del 2021 e raggiunto un tasso di crescita che non si verificava dal 2013.

Grazie anche agli incentivi dell’Ecobonus, al 30 settembre 2022 sono stati installati oltre 12mila nuovi impianti di cui poco meno della metà nel settore industriale e a cascata negli altri comparti, terziario (20%), residenziale (18%) ed agricolo (11%).

Con questi pannelli solari trasparenti si permette ai raggi di luce solare di attraversarli, come se fossero un normale vetro, consentendo l’ingresso della luce del sole all’interno degli spazi e, una volta passati attraverso il pannello, questi raggi vengono filtrati e, mentre i raggi solari passano, quelli ultravioletti e infrarossi, non visibili all’occhio umano, vengono catturati dalle celle e sono proprio questi che fanno apparire il pannello diafano con diversi gradi di trasparenza.

Di che materiale sono fatti?

I pannelli solari trasparenti possono essere costruiti con materiali plastici o vetrosi e possono avere diversi gradi di trasparenza. Esiste una versione “standard” che è rappresentata da un pannello fotovoltaico simile a quello tradizionale con la differenza che, invece di avere la superficie interna in materiale opaco come plastica o tedlar, viene formato da due strati in vetro, sopra e sotto, al cui interno vengono inserite delle normali celle fotovoltaiche, che sono quindi presenti e visibili ma che la luce riesce comunque ad attraversare, anche in quelle zone trasparenti dove non sono presenti celle.

La seconda versione è invece quella dove si percepisce la grande evoluzione tecnologica ed è costituita da dei veri e propri vetri solari  trasparenti che sfruttano diverse tecnologie che permettono di trasformare i fotoni in elettroni.

La tecnologia principale ed anche quella maggiormente utilizzata è molto simile al principio dei vetri selettivi, utilizzati nelle facciate continue o negli infissi con l’obiettivo di ridurre la dispersione termica. Come il vetro selettivo che respinge le radiazioni termiche esterne senza ridurre la trasparenza e il passaggio della luce grazie ai particolari trattamenti della superficie, i  pannelli fotovoltaici trasparenti utilizzano un concentratore solare luminescente trasparente, ossia una sostanza costituita da particolari molecole luminescenti che viene applicata sulle lastre plastiche o di vetro, la Transparent Luminescent Solar Concentrator (TLSC).

Attraverso la cattura di questa luminescenza, le lastre diventano foto attive nei cui bordi, dove si trovano delle speciali cellule fotovoltaiche in strisce sottilissime che permettono la produzione di elettricità, viene concentrata la radiazione che, come il vetro selettivo, permette di assorbire le lunghezze d’onda della luce non visibili all’occhio umano, come quella infrarossa ed ultravioletta.

Questa seconda versione è quella dove gli studi di ricerca sta concentrando i suoi sforzi ed al momento può essere prodotta con 3 diversi materiali, che permettono ai pannelli fotovoltaici trasparenti un’incidenza diversa sia per la loro potenza che nella capacità produttiva: una prima tipologia, che permette ad un impianto di questo tipo di produrre circa 100 watt per metro quadro, è quella realizzata con il gel di silicio e si ottiene mettendo un strato sottile di silicio amorfo o direttamente sulla lastra di vetro o inserendolo nell’intercapedine sotto forma di gel trasparente.

Per il secondo tipo di pannello viene invece usata una base organica che, oltre ad essere più economica, è maggiormente performante perché è in grado di produrre circa 300 W per mq, quindi il triplo dell’energia rispetto ad un fotovoltaico in gel di silicio.

Si sta sperimentando infine una terza tipologia di pannello in base di grafene che, con la resistenza della sua struttura, riuscirebbe a garantire un incremento di produzione energetica del 50% superiore, rispetto agli impianti fotovoltaici tradizionali.

fotovoltaico trasparente

Pregi e difetti del fotovoltaico trasparente

Questa nuova soluzione fotovoltaica offre moltissimi benefici, non solo perché permette di risparmiare sensibilmente sulle bollette dell’energia elettrica ma anche perché consente di dare un tocco di classe e di design alla propria abitazione, senza stravolgerne la struttura. L’obiettivo è che in futuro non troppo lontano possa portare ad evoluzioni tali da rivoluzionare totalmente il design delle nostre case.

Proprio la configurazione è il punto di forza di questa tipologia di pannelli: non sono invasivi, si integrano molto bene in ogni contesto architettonico e non sono impattanti a livello ambientale ma soprattutto non hanno ancora finito il loro processo di evoluzione e tra qualche anno sapranno regalarci maggiori sorprese. In un futuro prossimo, infatti, si assisterà ad una progressiva scomparsa degli impianti tradizionali a favore di luminosi vetri fotovoltaici trasparenti che,. rispetto ai classici, sono dotati di una praticità e, per la loro struttura modulare, di una versatilità maggiore, visto che il loro utilizzo può essere applicato a qualsiasi punto luce come finestre, tetti, frangisole, tettoie e lucernari. Inoltre sono utilizzabili in qualsiasi contesto, ed ultimamente vengono usate nelle attività agricole, grazie all’ideazione delle serre fotovoltaiche che permettono di ottimizzare la coltura di fiori e piante, nei campeggi e nei camper con i pannelli portatili ed anche in ambito urbano come coperture di parcheggi, aree di sosta, fermate degli autobus e stazioni.

Infine, rispetto ai pannelli tradizionali, hanno anche una maggiore resistenza al fuoco in quanto il loro modulo in vetro-vetro non brucia.

Insieme a questi benefici, il fotovoltaico trasparente presenta, tuttavia, anche degli svantaggi che al momento incidono sul diffondersi della loro installazione. Uno dei fattori negativi maggiori è il costo che non è alla portata di tutti, anche se è possibile ovviare almeno in parte a questo problema, beneficiando degli incentivi previsti dal bonus ristrutturazione, oltre al fatto che una produzione di energia pulita e sostenibile permette di recuperare l’investimento a lungo termine. In tal senso è fondamentale chiedere un preventivo sui pannelli fotovoltaici trasparenti ad esperti e professionisti.

Un secondo svantaggio è la prestazione energetica che è inferiore rispetto ai classici impianti: purtroppo questo accade perché i pannelli fotovoltaici trasparenti, a differenza di quelli tradizionali, vengono esposti al sole con un angolo di 90°, rispetto ai consueti 45°. Il risultato è che la produzione di energia è inferiore di circa il 10 o 20%, rispetto a quelli tradizionali.

Quanto costano i vetri fotovoltaici?

Abbiamo già anticipato che il costo dei pannelli fotovoltaici è uno dei principali deterrenti alla loro installazione nelle nostre case e di conseguenza al nostro crescente bisogno di voler vivere green, non dimenticando però la necessità di conservare la raffinatezza e lo stile dei contesti in cui devono essere collocati.

Oggi il prezzo dei pannelli tradizionali, il cui investimento viene ripagato mediamente in una decina di anni, viene calcolato in base alla potenza dell’impianto che deve essere congruo ai consumi del nucleo familiare in cui viene installato. In commercio è possibile montare impianti che partono da una potenza di 1,5 KW per famiglie di ½ persone fino ad arrivare ai 5,0 KW nuclei familiari superiori alle 6 unità. I loro pannelli possono essere costituiti in monocristallino, più piccolo e maggiormente efficiente, ed in policristallino o multicristallino: i primi vengono orientati nella stessa direzione e la loro maggiore produzione di energia si riflette anche sul costo medio che oscilla dai 3.800 euro dell’impianto piccolo ai 17.000 euro di quello più grande. L’impianto policristallino viene orientato in maniera casuale e, se colpito dai raggi del sole in modo perpendicolare, ha una resa minore e per questo ha dei prezzi più contenuti, variando dai 2.500 euro ai 9.000, sempre a seconda della sua potenza.

Per quanto riguarda invece il prezzo dell’installazione di un modulo di un pannello solare trasparente, questo può oscillare dai 176,00 fino ai 325 euro e la variazione dipende dal materiale con cui sono costituiti: il fotovoltaico trasparente a base di silicio amorfo oscilla dai 0,90 ai 2,10 € al Watt, quello a base organica dai 1,15 ai 2,50 € mentre quello a base di grafene dai 2,89 € a 6,50 € al Watt. Questi dati sono comunque frutto di stime e dipendono dalle singole imprese: quindi, per avere delle cifre più veritiere, è fondamentale farsi fare dei preventivi per selezionare la ditta con il migliore rapporto qualità prezzo.

Sono già in commercio?

I primi pannelli solari semitrasparenti sono stati commercializzati da Sharp in Giappone nel lontano 2012 come alternativa agli opachi pannelli tradizionali. Venivano venduti  sotto forma di pannelli che misuravano 1,3 x 1 metro ed avevano uno spessore di 9 millimetri, il loro utilizzo era pensato per completare le ringhiere dei balconi, rendendo così “verdi” gli edifici più attempati, oppure per realizzare delle finestre in quei grattacieli dove una perfetta trasparenza non era ritenuta indispensabile; inoltre i pannelli potevano fungere anche da isolanti termici.

Si trattava però di moduli che, essendo semitrasparenti, facevano passare solo parte della luce ed avevano un’efficienza di conversione energetica piuttosto bassa, il 6,8% per un massimo di 95 Watt. Con l’obiettivo di continuare ad evolversi per puntare ad una sua maggiore diffusione e provare a competere con la produzione elettrica da combustibili fossili, nel corso degli anni la ricerca è andata avanti ed altri prototipi sono stati utilizzati in Svezia, dove dal 2019 hanno installato pannelli solari su balconi, finestre e tende, persiane e frangisole dei condomini, in Germania ed in Corea del Sud dove, grazie agli scienziati dell’UNIST, è stata realizzata una cella solare trasparente flessibile ed allungabile, utilizzando nanostrutture di silicio e un polimero elastico. Anche l’Italia ha fatto la sua parte e nel 2016 due professori, Sergio Brovelli esperto di nanotecnologie e Franco Minardi specialista di fotonica molecolare, dell’Università di Milano-Bicocca hanno creato una start up, la Glass To Power, per industrializzare e commercializzare questa nuova tipologia di pannelli. Hanno creato infatti dei primi prototipi di finestre fotovoltaiche con lastre trasparenti di plexiglass, utilizzando delle nanoparticelle che sfruttano una tecnologia in grado di convertire la luce naturale in raggi infrarossi, quindi in corrente elettrica.

L’obiettivo era quello di realizzare un “Fotovoltaico Architettonicamente Integrato” che, oltre a dotare gli edifici di facciate e finestre ad alto rendimento energetico ed isolanti, così di raggiungere la tanto agognata autonomia energetica, diventasse anche la soluzione perfetta, nei casi in cui i vincoli paesaggistici o la carenza di superfici idonee potessero rendere difficile l’installazione dei moduli fotovoltaici sul tetto di un edificio. Rispetto però ai tantissimi produttori che gestiscono la commercializzazione dei pannelli tradizionali, la distribuzione dei moduli trasparenti, visto che si tratta di mercato di nicchia e la loro installazione non è immediata e non ancora accessibile a tutti, viene gestita da poche aziende, in Italia, per esempio, sono due la V-Energy e la Elca: la prima si occupa di produrre soffitte, tettoie, serre e facciate, mentre Elca è specializzata in vetrate, lucernari, parasole, pergolati e finestre.

Siamo certi però che in un futuro molto prossimo una fonte di energia rinnovabile come i pannelli solari trasparenti diventerà sempre più diffusa, soprattutto per la volontà popolare del mondo occidentale di raggiungere la reale sostenibilità del Pianeta, mettendo realmente in pratica anche le nuove norme emanate dall’Unione Europea, il cui scopo è quello di realizzare degli edifici “Zero Energy Building”, ossia a zero consumo energetico. Obiettivo questo di renderli energeticamente indipendenti al momento impossibile da realizzare, soprattutto negli edifici più grandi, in quanto le celle solari degli impianti fotovoltaici attuali hanno nella loro opacità un enorme limite.

Giulio Benvenuti
Sono fondatore di un hedge fund e fornisco consulenza sulla creazione e sviluppo di hedge fund e veicoli d’investimento con sottostante finanziario, real asset e private Equity / Venture Capital.

Dopo aver lavorato diversi anni in due tra le principali reti di consulenza finanziaria in Italia, ho avviato un attività in proprio fornendo in modo indipendente advisory finanziaria e specializzando le mie competenze negli hedge fund.
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