Pannelli Fotovoltaici

La quantità di radiazione solare che colpisce la Terra in una sola ora è sufficiente a coprire i bisogni energetici umani di un anno intero. Non è possibile catturare e utilizzare tutta questa energia ma esistono soluzioni per sfruttarne almeno una parte. I pannelli solari, chiamati anche pannelli fotovoltaici, sono una tecnologia per la produzione di energia elettrica rinnovabile a partire dalla radiazione solare; per questa ragione sono fondamentali per la nostra società e la nostra economia.

La prima sezione di questo approfondimento illustra il ruolo giocato dall’energia fotovoltaica nelle questioni energetiche; la sezione seguente tratta i materiali che rendono possibile tale tecnologia; quella finale parla di come si tenta di recuperarne il più possibile.

L’importanza dei pannelli solari nella mitigazione del cambiamento climatico

La crisi climatica è una delle sfide più urgenti e cruciali per la società odierna, nonché un problema estremamente complesso che unisce prospettive ambientali, economiche e sociali sia a scala globale che locale.

Nonostante il tema sia intricato, esistono alcuni punti fermi a cui poter fare riferimento. Uno di questi è la consapevolezza che le attività umane stanno contribuendo a immettere nell’atmosfera una quantità di gas serra più alta di quanto il sistema terrestre possa assorbire senza causare cambiamenti nel comportamento del clima. Ne consegue che una delle azioni da intraprendere per affrontare il problema consiste nel ridurre le emissioni di gas serra associate alle nostre attività.

Tra le attività umane che generano gas climalteranti, la produzione di energia è di gran lunga quella più impattante, essendo responsabile di quasi tre quarti delle emissioni calcolate.
Una porzione rilevante degli obiettivi di riduzione delle emissioni può dunque essere realizzata seguendo due linee d’azione, che non sono alternative l’una all’altra bensì complementari: da una parte si deve intervenire sul lato della domanda di energia, limitando quella utilizzata nel complesso o quantomeno rallentando la sua crescita; allo stesso tempo si deve intervenire sul lato dell’offerta di energia, con la decarbonizzazione delle fonti energetiche utilizzate.

Un modo per raggiungere questi obiettivi intervenendo sul lato dell’offerta consiste nel produrre energia elettrica a partire da fonti a bassa intensità di carbonio, vale a dire producendo energia elettrica generando poche emissioni che contribuiscono al cambiamento climatico. Nel 2021 il 28,4% dell’energia elettrica mondiale è stata prodotta in maniera rinnovabile; un dato che si alza al 36,4% per l’Italia e al 38,6% per l’Unione Europea.
Si tratta di numeri in crescita: per esempio nel 1990 nell’Unione Europea la porzione di elettricità rinnovabile era del 13,3%. Per elettricità proveniente da fonti rinnovabili si intende quella prodotta utilizzando l’energia idroelettrica (cioè l’energia presente nello scorrere dei corsi d’acqua, catturata attraverso le dighe), la biomassa, l’energia eolica (attraverso le pale eoliche), l’energia geotermica (il calore proveniente dalla crosta e dal sottosuolo terrestri), l’energia marina (presente nelle onde e nelle correnti), la radiazione solare.

I pannelli fotovoltaici, che servono a convertire la radiazione solare in energia elettrica, sono dunque una parte importante delle soluzioni che abbiamo a disposizione per mitigare il cambiamento climatico. Inoltre si tratta di un metodo di produzione di energia elettrica in forte crescita: in Italia rappresenta oggi la seconda fonte rinnovabile più importante dopo l’idroelettrico, coprendo poco meno del 10% della produzione elettrica del 2022 (nel 2010 era soltanto lo 0,6%).

Infatti questi dati ci mostrano anche una marcata tendenza alla crescita del ricorso all’energia solare. È lecito aspettarsi che questo percorso continui: tanto in base alla rilevanza che l’utilizzo dell’energia solare assume all’interno della produzione elettrica, quanto in virtù del percorso verso l’elettrificazione dei sistemi energetici in generale. Questo significa che ci sarà bisogno di un numero sempre maggiore di pannelli fotovoltaici, dei materiali utilizzati per costruirli e di gestire in maniera adeguata i relativi rifiuti.

I materiali all’interno dei pannelli fotovoltaici

È dunque importante conoscere anzitutto quali materiali sono presenti all’interno di un pannello solare e che ruolo svolgono.

In generale, un tipico pannello è costituito da sette elementi:

· una cornice di alluminio che serve a proteggere il pannello da condizioni metereologiche avverse e a montarlo all’angolatura desiderata;

· uno strato di vetro temperato necessario a proteggere le delicate celle fotovoltaiche. Normalmente è spesso solo 6-7 millimetri ma gioca un ruolo molto importante nella protezione diretta delle celle fotovoltaiche, aumentandone anche la vita utile;

· un materiale plastico incapsulante per le celle, come l’etilene vinil acetato, che aiuta a limitare la dissipazione di calore e l’umidità. In generale l’isolamento delle celle ha lo scopo di evitare la riduzione dell’efficienza nella conversione dell’energia solare ricevuta in energia elettrica prodotta;

· le celle fotovoltaiche, principalmente realizzate in silicio;

· un ulteriore strato di materiale incapsulante;

· una lastra posteriore che funge da alloggio per il resto del pannello;

· la scatola di giunzione contenente i cavi elettrici.

In base al peso, si stima che il 76% di un pannello fotovoltaico sia fatto di vetro, il 10% di plastica, l’8% di alluminio, il 5% di silicio, l’1% di rame, lo 0,1% di argento e altri metalli. Nonostante vetro e plastica insieme compongano oltre l’85% del peso di un tipico pannello fotovoltaico, la maggior parte del valore, tanto economico quanto funzionale, di un pannello deriva dagli altri materiali che ne permettono il funzionamento.

Con particolare riferimento alle celle fotovoltaiche, si tratta soprattutto di silicio. Questa tecnologia rappresenta infatti circa l’84% delle celle realizzate, mentre il restante 16% è costituito da tellururo di cadmio (queste quote si riferiscono ai pannelli utilizzati negli Stati Uniti). Altri metalli utilizzati includono l’indio, il gallio, il selenio, il rame.

Il valore di questi materiali, che deriva dal ruolo che ricoprono nelle tecnologie per la transizione energetica, è una ragione per prestare particolare attenzione alla loro provenienza – specialmente per quanto riguarda il profilo di affidabilità e i rischi collegati all’approvvigionamento.

Questa questione è talmente importante che alcuni materiali presenti nei pannelli solari rientrano nella lista di `materie prime critiche` dell’Unione Europea, cioè un elenco diramato da quest’ultima per identificare quelle materie prime così cruciali per la società e l’economia europea da meritare un’attenzione particolare in termini di politiche, regolamenti e fondi.

Per esempio proprio il silicio è identificato come una materia prima critica: il 76% della fornitura globale viene dalla Cina e, nel complesso, il 95% è al di fuori dell’Unione Europea. Anche il gallio è annoverato tra questi materiali; nel suo caso, il 99,7% della fornitura viene da paesi esterni all’Unione Europea (il 94% dalla Cina).

Recupero dei materiali

È dunque particolarmente importante avere dei sistemi per favorire il più possibile la circolarità dei pannelli e delle materie di cui sono composti. I pannelli solari, secondo la normativa europea e italiana, sono Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche (AEE) e pertanto, quando diventano rifiuti, vengono considerati Rifiuti da Apparecchiature Elettriche Elettroniche (RAEE). Identificare un rifiuto come RAEE è importante perché esiste una serie di leggi in materia per far sì che questi vengano gestiti al meglio e che sia possibile recuperare quante più materie possibili da essi.

Il sistema creato a questo scopo è un sistema di responsabilità estesa del produttore (EPR, dall’inglese Extended Producer Responsibility), in base al quale sono gli stessi produttori di AEE a farsi carico della gestione dei rifiuti derivanti dai propri prodotti. Ciò può avvenire in forma individuale ma il più delle volte, per adempiere a quest’obbligo, i produttori si associano in consorzi chiamati `sistemi collettivi`.

I sistemi collettivi in questo contesto si prendono cura del ritiro dei RAEE dai centri di raccolta comunali e del loro trasporto verso gli impianti di trattamento dove, come indicato dalla normativa, i RAEE sono sottoposti a `trattamento adeguato` (cioè il trattamento necessario a eliminare i liquidi e a evitare il rilascio di sostanze dannose per l’ozono e di gas a effetto serra, nonché altre misure necessarie a prevenire altre conseguenze indesiderate in base al tipo specifico di RAEE). Dal trattamento dei RAEE gli impianti riescono a estrarre alcune delle materie utilizzate per costruire le apparecchiature e a queste materie ci si riferisce spesso con l’espressione `materie prime seconde`, per evidenziare la nuova vita che gli è stata conferita e il nuovo valore che rappresentano. Esiste infatti un mercato per queste materie prime seconde, che possono essere acquistate da chi le vuole utilizzare nei propri processi produttivi senza doversi procurare materie prime vergini.

In un certo senso i pannelli fotovoltaici sono una famiglia speciale di RAEE. Infatti, per determinare se un RAEE è domestico o professionale, normalmente la legge impone di prendere in considerazione la provenienza del rifiuto. I pannelli, invece, sono considerati RAEE domestici se originano da impianti di potenza nominale inferiore a 10 kW mentre sono considerati RAEE professionali se originano da impianti di potenza nominale maggiore o uguale a 10 kW.

Nel caso si sia in possesso di un pannello fotovoltaico di cui ci si intende disfare bisognerà distinguere due casi principali, soprattutto in base alla potenza dell’impianto:

· se il RAEE fotovoltaico è considerato domestico (potenza dell’impianto inferiore a 10 kW), lo si potrà semplicemente portare presso il centro di raccolta di riferimento dove il costo di smaltimento è gratuito per il proprietario dell’impianto;

· se il RAEE fotovoltaico è considerato professionale (potenza dell’impianto maggiore o uguale a 10 kW, indipendentemente dal fatto che il proprietario sia un’azienda, un professionista o un privato), bisogna considerare anche la data di commercializzazione. Per i moduli commercializzati prima del 12 aprile 2014 (cioè l’entrata in vigore della normativa attuale) la spesa ricade sul proprietario a meno che non decida di sostituire i pannelli con altri nuovi equivalenti e usufruire del ritiro gratuito da parte del fornitore. Per i moduli commercializzati a partire dal 12 aprile 2014 il costo dello smaltimento ricade sul produttore.

I RAEE così raccolti compiono un viaggio che li porta a raggiungere un impianto di trattamento. Cobat si occupa di queste fasi, sia garantendo la tracciabilità dei pannelli ritirati sia gestendo un impianto di trattamento che permette di recuperare gli importanti materiali di cui si è parlato e di indirizzarli verso la produzione di nuovi pannelli fotovoltaici. Questo avviene attraverso alcune fasi:

· uno scardinatore separa la cornice di alluminio utilizzando una pressa (è possibile trattare più di 500 pannelli in una giornata lavorativa);

· nella stazione di levigatura viene rimosso il vetro;

· una sega circolare taglia in due il modulo composto sia dalle celle fotovoltaiche che dallo stratto di plastica reticolata;

· un trituratore sminuzza i materiali, che vengono poi aggregati in piccole sfere;

· i materiali passano attraverso vagli multipli che consentono di separarli gli uni dagli altri e di riutilizzarli per produrre nuovi pannelli fotovoltaici!