Negli ultimi anni, l’energia solare ha visto una rapida crescita, oltre a promettenti miglioramenti nella tecnologia e nel prezzo. Finora, circa il 3% dell’elettricità mondiale proviene dall’energia solare; ed è un’enorme industria internazionale con invested 141 miliardi investiti in 2019. Ma questo è ben al di sotto dei estimated 794 miliardi stimati (trillion 27 trilioni entro il 2050) che l’International Renewable Energy Agency afferma siano necessari ogni anno per le energie rinnovabili per raggiungere gli obiettivi dell’accordo sul clima ed evitare un tracollo globale.
Per colpire un bersaglio del genere, dicono gli esperti, dobbiamo risolvere una lunga lista di problemi. Ad esempio, i pannelli esistenti sono limitati nella quantità di luce solare che possono convertire in elettricità. L’efficienza è aumentata negli ultimi 40 anni, ma solo di circa il 10%. E anche se i sostenitori considererebbero l’installazione residenziale sul tetto come un bel modo per le persone di essere coinvolte nell’energia pulita, una vera rivoluzione solare richiederebbe probabilmente installazioni su larga scala.
Ecco un elenco di quattro cose che, dicono i ricercatori, aiuterebbero a far avanzare l’energia solare-se riusciamo a trovare una soluzione.
Problema 1: Trovare un materiale migliore per i pannelli
Gli svantaggi dei pannelli in silicio tradizionali includono costi elevati e minore efficienza. Ma con l’aiuto di perovskiti, un minerale composto da calcio, titanio e ossigeno, l’efficienza solare dovrebbe migliorare significativamente: i pannelli di perovskite possono essere fabbricati come strati molto sottili, richiedono meno materiale e sono creati da un processo meno energivoro.
Dopo un decennio di ricerca e sviluppo, i tassi di efficienza dei pannelli di perovskite sono saliti dal 2% al 25%; che batte i migliori silicio disponibili. Ma i perovskiti vengono con la loro serie di problemi.
“la commercializzazione è ancora molto limitata”, afferma Ufuk Alparslan, analista di dati sull’elettricità e sul clima presso EMBER, un think tank indipendente sul clima e l’energia con sede nel Regno Unito. Secondo Alparslan, durata e costi sono due svantaggi contendenti dei perovskiti, il primo problema è legato a una durata di vita che è “molto più breve dei normali pannelli solari.”
A OxfordPV, un off-shoot dell’Università di Oxford, i ricercatori stanno tentando di far avanzare le perovskiti posizionandole sopra pannelli di silicio, noti anche come celle tandem. Henry Snaith, il chief Scientific officer di OxfordPV e un professore di fisica, dice che sono stati in grado di sintonizzare lo spettro della luce solare perovskiti in grado di assorbire con cellule tandem.
“Estraiamo molta più energia dallo spettro visibile”, afferma Snaith, aggiungendo che se le perovskiti sono rivestite sopra il silicio, “fa davvero bene ad assorbire gli infrarossi “, rendendoli più efficienti. Snaith spera che le celle tandem saranno il prossimo passo-miglioramento per il solare mainstream. Nei prossimi 10-20 anni, ” la tabella di marcia è di circa il doppio dell’efficienza di ciò che i moduli sono oggi.”
Problema 2: Miglioramento dello stoccaggio e della trasmissione
Altre sfide tecniche per il solare includono l’aumento della capacità di stoccaggio. Negli Stati Uniti, i miglioramenti per espandere la trasmissione di energia solare su grandi distanze, come dal sud della California dove è soleggiato al nord-est nuvoloso, sono anche di primaria importanza.
“Man mano che si raggiungono livelli di penetrazione più elevati”, afferma David Feldman, analista finanziario senior del National Renewable Energy Laboratory, “la flessibilità è davvero aiutata dallo stoccaggio, in particolare a seconda di come la rete incentiva o paga l’energia. Lo stoccaggio sta diventando una parte molto grande di molti mercati. Se vogliamo raggiungere i livelli di distribuzione di cui abbiamo parlato, penso che lo storage sarà una parte fondamentale di ciò.”
Inoltre, gli esperti ritengono che è probabile che altre forme di energia pulita contribuirà a soppiantare le aree più deboli del solare.
“Durante periodi invernali molto freddi in alcune parti del paese, è piuttosto difficile fare affidamento solo su solare e vento”, secondo Uday Varadarajan del Rocky Mountain Institute, parlando in un forum virtuale ospitato dall’Environmental and Energy Study Institute. “L’efficienza così come altre tecnologie come il sequestro e lo stoccaggio dell’idrogeno e del carbonio, così come il nucleare, possono davvero aiutare ad affrontare queste difficoltà.”
Problema 3: Aiutare il solare a rimanere a galla, letteralmente
Un metodo di espansione dell’installazione solare che non è stato ancora ampiamente implementato sta facendo galleggiare i pannelli su laghi e oceani.
Questi pannelli funzionano allo stesso modo delle normali unità terrestri, ma presentano vari vantaggi: l’acqua mantiene i pannelli più freschi, aumentando le prestazioni del 5-10%. L’installazione di questi pannelli sull’acqua risolve il problema dell’acquisizione di terreni per progetti su larga scala. E floating solar può anche utilizzare l’energia idroelettrica e diventare parte della rete energetica.
Tuttavia, floating solar ha un proprio set di pezzi unici del puzzle. “La cosa da considerare qui non è coprire la superficie dell’acqua tanto da influenzare la vita dell’acqua”, dice Alparslan. “Ma anche la copertura del 10% dei bacini idroelettrici si traduce in migliaia di terawatt di potenziale di energia solare nel mondo.”
Ma l’ormeggio e l’ancoraggio dei pannelli in posizione può rivelarsi complicato, oltre che più costoso del normale solare a terra.
Problema 4: Ottenere le leggi e gli investimenti giusti
I miglioramenti nella produzione hanno reso il solare più disponibile negli ultimi 20 anni. Secondo EMBER, il solare nell’UE è salito a un livello record durante giugno e luglio 2021, rappresentando il 10% dell’elettricità totale (molto al di sopra della media globale.) Ma questo non è abbastanza – e la scala della sfida scale-up è scoraggiante. Le possibili soluzioni si riducono al denaro e alla politica, piuttosto che alla sola tecnologia.
Ad esempio, nel luglio 2021, nell’ambito del Green Deal europeo, la Commissione europea ha proposto un pacchetto legislativo per portare gli obiettivi sulle energie rinnovabili al 40% entro il 2030. Comprende misure per facilitare l’installazione di progetti solari su larga scala, esentare le installazioni sul tetto dai permessi di costruzione, investire nella rete elettrica e richiedere livelli minimi di energia rinnovabile in alcuni edifici.
Negli Stati Uniti, l’Energy Information Administration ha rilevato che le spedizioni di pannelli solari hanno raggiunto un aumento record del 33% in 2019. Il Dipartimento dell’Energia ha pubblicato un rapporto che delinea come il solare potrebbe fornire quasi la metà dell’elettricità della nazione entro il 2050. Attraverso la spesa pesante, solare salirebbe da alimentare 3% di energia elettrica della nazione nel 2020 al 40% entro il 2035. Il presidente Joe Biden ha proposto, e pesantemente discusso, un piano di budget di trillion 3.5 trilioni, se approvato-un grande se al momento-avvia progetti solari da costruire su siti minerari attuali o precedenti.
Ma un grosso problema è semplicemente rendere più facile per le persone mettere le mani sui pannelli solari – nelle proprie case o nell’industria. Daniel Gregory, ricercatore di tecnologie energetiche emergenti presso Accenture Labs, afferma: “Ottenere la tecnologia a disposizione di un numero sufficiente di persone è più il problema che la tecnologia stessa. Per qualcuno che sta affittando una casa o un appartamento, non è ovvio come si unirebbero a questo e userebbero il solare per le case in affitto.”
Nonostante le sfide rimanenti, molti ricercatori ritengono che il solare sia destinato a mantenere il suo slancio ed espandersi in tutto il mondo. “Penso che abbiamo raggiunto il punto di svolta in cui il solare è un grande business”, afferma Feldman. “Penso sicuramente che quando guardi tutti gli impegni là fuori, sembra inevitabile che ci stiamo muovendo verso il solare e il vento.”