La maggior parte dei pannelli solari che oggi ricoprono i tetti, i campi e i deserti del mondo condividono lo stesso ingrediente: il silicio cristallino.Il materiale, realizzato in polisilicio grezzo, viene modellato in wafer e cablato in celle solari, dispositivi che convertono la luce solare in elettricità.Di recente, la dipendenza del settore da questa singolare tecnologia è diventata una sorta di responsabilità.Colli di bottiglia della catena di forniturastanno rallentandonuove installazioni solari in tutto il mondo.Principali fornitori di polisilicio nella regione cinese dello Xinjiang —accusato di utilizzare il lavoro forzato degli uiguri- stanno affrontando sanzioni commerciali statunitensi.
Fortunatamente, il silicio cristallino non è l'unico materiale che può aiutare a sfruttare l'energia del sole.Negli Stati Uniti, scienziati e produttori stanno lavorando per espandere la produzione della tecnologia solare al tellururo di cadmio.Il tellururo di cadmio è un tipo di cella solare a "film sottile" e, come suggerisce il nome, è molto più sottile di una cella di silicio tradizionale.Oggi, i pannelli utilizzano tellururo di cadmiofornire circa il 40 per centodel mercato statunitense delle utility e circa il 5% del mercato solare globale.E trarranno vantaggio dai venti contrari che devono affrontare la più ampia industria solare.
"È un momento molto volatile, soprattutto per la catena di fornitura del silicio cristallino in generale", ha affermato Kelsey Goss, analista di ricerca solare per il gruppo di consulenza energetica Wood Mackenzie."C'è un grande potenziale per i produttori di tellururo di cadmio per acquisire più quote di mercato nel prossimo anno".Soprattutto, ha osservato, dal momento che il settore del tellururo di cadmio è già in espansione.
A giugno, il produttore di energia solare First Solar ha dichiarato di sìinvestire 680 milioni di dollariin una terza fabbrica solare al tellururo di cadmio nel nord-ovest dell'Ohio.Quando l'impianto sarà terminato, nel 2025, l'azienda sarà in grado di produrre 6 gigawatt di pannelli solari nell'area.È sufficiente per alimentare circa 1 milione di case americane.Un'altra azienda solare con sede in Ohio, Toledo Solar, è recentemente entrata nel mercato e sta producendo pannelli al tellururo di cadmio per tetti residenziali.E a giugno, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e il suo National Renewable Energy Laboratory, o NREL,ha lanciato un programma da 20 milioni di dollariper accelerare la ricerca e far crescere la catena di approvvigionamento del tellururo di cadmio.Uno degli obiettivi del programma è aiutare a isolare il mercato solare statunitense dai vincoli di fornitura globale.
I ricercatori di NREL e First Solar, precedentemente denominata Solar Cell Inc., hanno lavorato insieme fin dai primi anni '90 per svilupparetecnologia al tellururo di cadmio.Il cadmio e il tellururo sono rispettivamente sottoprodotti della fusione dei minerali di zinco e della raffinazione del rame.Mentre i wafer di silicio sono cablati insieme per creare celle, il cadmio e il tellururo vengono applicati come uno strato sottile - circa un decimo del diametro di un capello umano - a una lastra di vetro, insieme ad altri materiali conduttori di elettricità.First Solar, ora il più grande produttore mondiale di film sottili, ha fornito pannelli per installazioni solari in 45 paesi.
La tecnologia presenta alcuni vantaggi rispetto al silicio cristallino, ha affermato Lorelle Mansfield, scienziata del NREL.Ad esempio, il processo a film sottile richiede meno materiali rispetto all'approccio basato su wafer.La tecnologia a film sottile è anche adatta per l'uso in pannelli flessibili, come quelli che coprono zaini o droni o sono integrati nelle facciate e nelle finestre degli edifici.È importante sottolineare che i pannelli a film sottile hanno prestazioni migliori a temperature elevate, mentre i pannelli in silicio possono surriscaldarsi e diventare meno efficienti nella generazione di elettricità, ha affermato.
Ma il silicio cristallino ha il sopravvento in altre aree, come la loro efficienza media, ovvero la percentuale di luce solare che i pannelli assorbono e convertono in elettricità.Storicamente, i pannelli in silicio hanno avuto efficienze più elevate rispetto alla tecnologia al tellururo di cadmio, sebbene il divario si stia riducendo. I pannelli in silicio prodotti industrialmente di oggi possono raggiungere efficienze diDal 18 al 22 percento, mentre First Solar ha riportato un'efficienza media del 18% per i suoi pannelli commerciali più recenti.
Tuttavia, il motivo principale per cui il silicio ha dominato il mercato globale è relativamente semplice."Tutto si riduce al costo", ha detto Goss."Il mercato solare tende ad essere fortemente guidato dalla tecnologia più economica".
Il silicio cristallino costa circa $ 0,24 a $ 0,25 per produrre ogni watt di energia solare, che è meno di altri contendenti, ha detto.First Solar ha affermato di non riportare più il costo per watt per produrre i suoi pannelli al tellururo di cadmio, solo che i costi sono "diminuiti in modo significativo" dal 2015, quando la societàcosti dichiarati di $ 0,46 per watt- e continuano a diminuire ogni anno.Ci sono alcune ragioni per la relativa economicità del silicio.La materia prima polisilicio, utilizzata anche nei computer e negli smartphone, è più ampiamente disponibile e poco costosa rispetto alle forniture di cadmio e tellururo.Poiché le fabbriche di pannelli in silicio e relativi componenti sono aumentate, i costi complessivi di produzione e installazione della tecnologia sono diminuiti.Anche il governo cinese ha pesantementesostenuto e sovvenzionatoil settore solare al silicio del paese, tanto checirca l'80 per centodella filiera mondiale della produzione di energia solare passa ora attraverso la Cina.
Il calo dei costi dei pannelli ha guidato il boom solare globale.Nell'ultimo decennio, la capacità solare totale installata nel mondo è aumentata di quasi dieci volte, passando da circa 74.000 megawatt nel 2011 a quasi 714.000 megawatt nel 2020,secondol'Agenzia internazionale per le energie rinnovabili.Gli Stati Uniti rappresentano circa un settimo del totale mondiale e il solare lo è orauna delle maggiori fontidi nuova capacità elettrica installata negli Stati Uniti ogni anno.
Allo stesso modo, si prevede che il costo per watt del tellururo di cadmio e di altre tecnologie a film sottile diminuirà con l'espansione della produzione.(Primo solare diceche quando la sua nuova struttura in Ohio aprirà, l'azienda fornirà il costo per watt più basso dell'intero mercato solare.) Ma il costo non è l'unica metrica che conta, come chiariscono gli attuali problemi della catena di approvvigionamento del settore e le preoccupazioni sul lavoro.
Mark Widmar, CEO di First Solar, ha affermato che l'espansione pianificata della società da 680 milioni di dollari fa parte di uno sforzo più ampio per costruire una catena di approvvigionamento autosufficiente e "separare" l'industria solare statunitense dalla Cina.Sebbene i pannelli al tellururo di cadmio non utilizzino polisilicio, First Solar ha avvertito altre sfide che il settore deve affrontare, come gli arretrati indotti dalla pandemia nel settore delle spedizioni marittime.Ad aprile, First Solar ha dichiarato agli investitori che la congestione nei porti americani stava bloccando le spedizioni di pannelli dalle sue strutture in Asia.L'aumento della produzione negli Stati Uniti consentirà all'azienda di utilizzare strade e ferrovie per spedire i suoi pannelli, non le navi mercantili, ha affermato Widmar.E l'attuale programma di riciclaggio dell'azienda per i suoi pannelli solari le consente di riutilizzare i materiali molte volte, riducendo ulteriormente la sua dipendenza da catene di approvvigionamento e materie prime estere.
Mentre First Solar sforna pannelli, gli scienziati sia dell'azienda che di NREL continuano a testare e migliorare la tecnologia del tellururo di cadmio.Nel 2019, i partnersviluppato un nuovo approcciociò comporta il "drogaggio" dei materiali a film sottile con rame e cloro per ottenere efficienze ancora più elevate.All'inizio di questo mese, NRELannunciato i risultatidi un test sul campo durato 25 anni presso la sua struttura all'aperto a Golden, in Colorado.Una serie di 12 pannelli di tellururo di cadmio funzionava all'88 percento della sua efficienza originale, un ottimo risultato per un pannello che è rimasto fermo per oltre due decenni.Il degrado "è in linea con ciò che fanno i sistemi di silicio", secondo il rilascio NREL.
Mansfield, lo scienziato NREL, ha affermato che l'obiettivo non è sostituire il silicio cristallino con il tellururo di cadmio o rendere una tecnologia superiore all'altra."Penso che ci sia un posto per tutti nel mercato, e ognuno di loro ha le proprie applicazioni", ha detto."Vogliamo che tutta l'energia vada a fonti rinnovabili, quindi abbiamo davvero bisogno di tutti questi diversi tipi di tecnologia per affrontare questa sfida."
Tempo di pubblicazione: 17 settembre 2021