Storia del fotovoltaico: come sono nati i pannelli solari?
Oggi milioni di persone utilizzano gli impianti fotovoltaici per produrre energia elettrica in modo ecologico, una tecnologia essenziale per la transizione verso le energie rinnovabili e la decarbonizzazione dell’economia dalle fonti fossili.
Nonostante si tratti di una tecnologia quasi scontata al giorno d’oggi, in pochi sanno chi ha inventato i pannelli solari fotovoltaici.
Ripercorriamo i tratti salienti che hanno caratterizzato la storia della produzione di energia dal sole, per comprendere come è nata e in che modo è stata sviluppata questa green technology.
Energia solare: una risorsa preziosa utilizzata fin dall’antichità
La storia dell’energia solare ha origini molto antiche. L’utilizzo della luce del Sole risale addirittura al 212 a.C., quando Archimede inventò un sistema composto da specchi a concentrazione per provocare incendi nelle imbarcazioni della flotta romana che teneva sotto assedio Siracusa.
Tra il I e il III secolo d.C. i Romani iniziarono a utilizzare il vetro per trattenere il calore, sfruttando la luce solare per ottenere energia termica, ossia calore, ad esempio con la realizzazione intorno al 37 d.C. della prima serra in vetro per la coltivazione degli ortaggi.
Intorno al I millennio, il calore dei raggi solari venne utilizzato in numerose applicazioni, dal riscaldamento naturale degli ambienti interni all’evaporazione dei liquidi, da parte di popolazioni come Cinesi, indiani Pueblo e Anasazi.
Ad esempio, nel X secolo lo scienziato e medico Ibn al-Haytham fornisce una spiegazione del meccanismo di rifrazione della luce nel “Libro dell’ottica”, illustrando perché una sfera trasparente sia in grado di concentrare la radiazione solare in un unico punto al di sotto di essa.
Nel XVI secolo Leonardo da Vinci realizzò dei disegni di uno specchio per l’asciugatura dei tessuti, tramite un sistema di parabole che catturavano e concentravano l’energia solare. Due secoli più tardi, Antonie Lavoisier costruì una fornace per la lavorazione del platino mediante la concentrazione dei raggi solari.
I primi prototipi di pannelli solari della storia
Un primo esemplare di pannello solare viene messo a punto nel 1700 in Svizzera da Horace de Saussure, con l’invenzione del primo collettore solare piatto.
Si trattava di un contenitore in legno rivestito in sughero, con alcuni strati di vetro in cima posizionati a una certa distanza uno dall’altro, un sistema che permetteva di assorbire i raggi solari, raggiungendo una temperatura interna fino a 109°C. Per questo motivo, la “scatola di Saussure” è nota come primo forno solare della storia.
Un altro passaggio fondamentale furono gli studi di Alessandro Volta sulla corrente elettrica continua del 1799, in particolare quelli legati alla pila, ovvero un generatore capace di fornire energia elettrica in corrente continua, la stessa prodotta dai moderni pannelli fotovoltaici e immagazzinata nei sistemi di accumulo.
Lo stesso nome fotovoltaico è composto dal termine “phos”, un’espressione greca che significa luce e “volt”, ossia l’unità di misura della tensione elettrica, da cui deriva l’aggettivo voltaico scelto più tardi da Becquerel proprio in onore del fisico italiano Alessandro Volta.
Un ulteriore passo in avanti avvenne nel 1839, quando il fisico Alexandre Edmond Becquerel scoprì l’effetto fotovoltaico (è un fenomeno fisico che si verifica quando alcuni metalli esposti alla luce solare sono in grado di produrre un flusso di corrente elettrica).
Nel 1876, William G. Adams e Richard Evans descrissero con particolare accuratezza l’effetto fotovoltaico, dimostrando come fosse possibile generare una lieve corrente elettrica illuminando il selenio.
Nel 1879, negli Stati Uniti, Charles Fritts va oltre creando un primo prototipo di pannello solare, coprendo con una sottile pellicola semitrasparente uno strato di selenio molto fino. Secondo Werner von Siemens si tratta del primo pannello al mondo, ovvero della prima conversione di energia luminosa in elettricità, da cui saranno sviluppati i moderni moduli solari fotovoltaici.
Un altro contributo essenziale arrivò dalle ricerche di Albert Einstein del 1921 sull’effetto fotoelettrico. Questo fenomeno, scoperto dal fisico tedesco Heinrich Rudolf Hertz, consiste nell’emissione di elettroni da parte di un materiale quando viene colpito da una radiazione elettromagnetica con una certa energia, un processo del quale l’effetto fotovoltaico è considerato una sottocategoria.
Quando sono stati inventati i pannelli solari così come li conosciamo oggi?
Tutti questi studi, ricerche e invenzioni permisero di mettere a punto nel XX secolo i pannelli solari come li conosciamo oggi, ovvero i moduli in grado di convertire la luce solare in energia termica o elettrica.
Il primo prototipo di una cella fotovoltaica moderna, in grado di produrre elettricità attraverso la luce solare, risale al 1955, quando gli scienziati Daryl Chapin, Gerald Pearson e Calvin Fuller dei Bell Laboratories del New Jersey negli Stati Uniti brevettarono la prima cella solare fotovoltaica in silicio.
Nel 1958, appena tre anni più tardi, venne lanciato nello spazio il Vanguard I, il primo veicolo orbitante equipaggiato con un sistema di alimentazione a celle fotovoltaiche che rimase in funzione fino al 1964.
Da questo momento la tecnologia fotovoltaica rimase centrale per qualsiasi progetto aerospaziale, per aumentare l’autonomia dei veicoli e ridurre il peso legato al carburante.
Il primo paese ad aver sviluppato il fotovoltaico a livello commerciale è stato il Giappone, attraverso l’azienda giapponese Sharp.
Nel 1963 la società sviluppa e vende i primi moduli solari fotovoltaici, mentre nel 1976 Sharp realizza la prima calcolatrice solare con cellette fotovoltaiche che ricaricano le pile del dispositivo.
Dal primo pannello solare ad oggi la tecnologia fotovoltaica ha compiuto un’evoluzione straordinaria, passando dai meno efficienti moduli in silicio amorfo ai moderni pannelli fotovoltaici in silicio monocristallino ad alto rendimento.
Anche i prezzi sono scesi in modo considerevole, rendendo gli impianti fotovoltaici sempre più accessibili a famiglie e imprese che vogliano ridurre i costi in bolletta e diminuire la propria impronta di carbonio.
L'energia fotovoltaica in Italia e a livello globale
Il primo impianto fotovoltaico in Italia risale al 1979, quando al Passo della Mandriola viene installato un sistema di pannelli fotovoltaici con una potenza di 1 kW tra gli Appennini del cesenate.
La diffusione di questa tecnologia verde nel nostro Paese avviene soltanto a partire dagli anni ’90, accelerando dagli anni duemila grazie all’introduzione dei primi incentivi statali per il fotovoltaico.
Alcune agevolazioni sono attive ancora oggi, ad esempio la detrazione fiscale del 50% prevista dall’Ecobonus per gli interventi di riqualificazione energetica, con la possibilità di convertire la detrazione in cessione del credito o sconto in fattura.
Secondo l’ultimo rapporto statistico sul solare fotovoltaico del GSE, a fine 2021 si contavano 22,954 GW di capacità fotovoltaica installata in Italia, con una produzione lorda di energia elettrica di 25,039 GWh e un numero di impianti pari a 1.016.083 unità.
Nel solo 2021 sono stati installati circa 80.000 nuovi impianti fotovoltaici, per una potenza complessiva di 938 MW.
In base ai dati del Global Market Outlook di SolarPower Europe, nel 2021 sono stati installati 168 GW di capacità fotovoltaica a livello globale, confermandosi come la tecnologia rinnovabile con il più alto tasso di crescita al mondo e con più della metà della capacità FER (Fonti Energetiche Rinnovabili) installata in tutto il globo lo scorso anno (302 GW di capacità FER a livello globale nel 2021).
Quale sarà il futuro del fotovoltaico?
A breve la capacità installata di fotovoltaico nel mondo potrebbe raggiungere i 2 TW, affermandosi come la green technology leader nel campo delle energie rinnovabili.
Attualmente sono in fase di studio nuovi pannelli fotovoltaici di terza generazione, per mettere a punto moduli più sostenibili ed efficienti con rendimenti intorno al 25% e la possibilità di riciclare fino al 99% dei pannelli grazie all’eco-design.
Tra i nuovi materiali studiati nelle applicazioni fotovoltaiche ci sono la perovskite e il grafene, che potrebbero in futuro sostituire il silicio, proponendo sul mercato moduli solari fotovoltaici con un’impronta ambientale inferiore, dimensioni più compatte e un livello di efficienza superiore.
Nel futuro del fotovoltaico ci sono anche le tecnologie digitali, indispensabili per la diffusione delle comunità energetiche rinnovabili e di soluzioni circolari come la gestione distribuita dell’energia (entrambe prevedono la vicinanza tra il luogo di produzione dell’energia e quello di consumo, con gli stessi soggetti che possono sia generare che utilizzare l’elettricità prodotta dalle rinnovabili secondo un modello di condivisione).
L’innovazione nell’ambito del fotovoltaico continua ad accelerare e spingere questa tecnologia verde verso nuove frontiere.
Tuttavia, non bisogna dimenticarsi che tutto ciò è stato possibile grazie a secoli di studi, ricerche, esperimenti e invenzioni in diversi campi, che hanno gettato le basi per lo sviluppo di tecnologie sostenibili sempre più avanzate per la produzione di energia elettrica dalla luce del Sole.
Articolo pubblicato il: 03/02/2023