Gigafactory del fotovoltaico: Catania in cima all’Europa nel solare da record

Indice degli argomenti:

• Quali sono i principali elementi di sfida offerti dall’avviare una gigafactory del fotovoltaico in Italia?
• 3SUN ha posto le basi per creare “il pannello fotovoltaico più efficiente del mondo”dove siete giunti oggi?
• Quali sono state le condizioni premianti che vi hanno portato a ottenere determinate prestazioni e risultati?
• La realtà di Catania all’avanguardia a livello internazionale per quanto riguarda l’elevato grado di automazione
• Come potrà crescere il fotovoltaico made in Italy e made in UE, nella competizione con i colossi internazionali?
• State lavorando anche sul riciclo?

Manca poco più di un anno per vedere pienamente all’opera la gigafactory del fotovoltaico made in Italy: alla 3SUN di Catania entro la fine del 2024 sarà avviata la produzione dei nuovi pannelli ed entro la fine 2025 si raggiungerà la piena capacità produttiva di 3 GWp annui.

Oltre a rappresentare un record produttivo che non ha eguali in Europa, nel maxi-stabilimento (da 100mila m²) all’ombra dell’Etna si sono già raggiunti primati di eccellenza per quanto riguarda le prestazioni dei moduli. Dopo aver stabilito a fine 2023 il record del 28,4% di efficienza di conversione di potenza su una cella tandem (silicio e perovskite) di 9 cm², dopo correzione dell’ombreggiatura, a giugno si è toccato un nuovo primato del 28,7% sulla stessa tipologia di cella. Il risultato, certificato dall’European Solar Test Installation (ESTI) del Centro Comune di Ricerca (JRC) della Commissione Europea, dimostra che la ricerca in 3SUN è particolarmente sviluppata.

Ad essa vi lavora Marina Foti, responsabile dell’Advanced Technology Development, all’interno del team Research and Development 3Sun. Lo scorso giugno, tra l’altro, è entrata a far parte del comitato direttivo della European Technology and Innovation Platform for Photovoltaics (ETIP PV), il tavolo fondato dall’UE che indirizza le attività di ricerca, sviluppo e innovazione per il solare.

Catanese doc, Marina Foti è da anni impegnata a studiare lo sviluppo del fotovoltaico. Lavora sin dalla prima fase di 3SUN, «quella che, dal 2011 al 2015, ha visto la produzione di moduli solari a film sottile. Oggi continuo a occuparmi di R&D e, in particolare, dello sviluppo delle tecnologie più avanzate», racconta di sé.

Marina Foti, quali sono i principali elementi di sfida offerti dall’avviare una gigafactory del fotovoltaico in Italia?

«Direi diversi, ma posso riassumere i tre elementi principali. Il primo è quello tecnologico: i nostri moduli si basano sulla tecnologia a eterogiunzione, una soluzione relativamente nuova sul mercato.

Il secondo elemento di sfida è il fattore di scala: oggi non c’è niente di simile in Europa in termini di gigafactory del fotovoltaico. Quando si parla di una produzione a regime di 3 GWp all’anno, significa realizzare 5 milioni di moduli in un anno, ovvero 14mila moduli (800mila celle) al giorno. Sono numeri che, anche in questo caso, non hanno precedenti in Europa e sono una sfida sotto diversi punti di vista, dal controllo della produzione alla logistica.

La fabbrica ha una superficie totale di 100mila metri quadri: nel settore, non ha paragoni nel mondo occidentale.

Il terzo elemento di sfida è rappresentato dal provare a essere apripista per un reshoring della filiera del fotovoltaico in Europa. Noi pensiamo che una filiera solare forte e resiliente sia un autentico valore aggiunto per l’UE».

3SUN ha posto le basi per creare “il pannello fotovoltaico più efficiente del mondo”, come ha avuto modo di affermare nel 2023. Che tipo di percorso avete fatto e dove siete giunti oggi?

«La scelta tecnologica di 3SUN guarda alla possibilità di produrre pannelli molto efficienti e performanti. Per questo ci siamo concentrati sulla nostra tecnologia a eterogiunzione (HJT), denominata CORE-H. Essa permette di ottenere una migliore conversione energetica della luce incidente sui moduli. Rispetto ad altre attualmente più presenti sul mercato, consente di avere alta efficienza, ma anche un’elevata produzione di energia, grazie a importanti caratteristiche quali il minore degrado e un migliore coefficiente termico. Tradizionalmente, i pannelli solari, all’aumentare della temperatura, perdono in prestazioni. HJT ha una perdita prestazionale meno significativa rispetto alle altre tecnologie. Ciò costituisce un grande vantaggio, soprattutto nei Paesi con clima caldo, consentendo di contare su una maggiore quota di energia prodotta nell’arco dell’anno. La cella a eterogiunzione è una tecnologia bifacciale: quelle 3SUN vantano un fattore di bifaccialità molto elevato, consentendo di sfruttare al massimo anche la luce che viene diffusa e riflessa dal terreno. La nostra tecnologia riesce ad arrivare al 95% (nel senso che, se si misura l’efficienza sul retro della cella solare, si ottiene il 95% di ciò che si ottiene sul fronte – nda).

Quindi, su un’applicazione utility scale, anche questo fattore riesce ad aumentare la producibilità dei moduli. Inoltre, in 3SUN abbiamo accumulato molta esperienza sulla tecnologia HJT che abbiamo cominciato a sviluppare già dal 2015. Dal 2019 abbiamo prodotto dei moduli in una linea con capacità di 200 MW all’anno, consentendoci di aumentare le prestazioni delle celle, ma anche di avere un’esperienza consolidata in un ambiente produttivo, migliorando anche i sistemi di controllo della fabbrica, di data analysis. Tutto questo ci permette comunque di affrontare la sfida di aumentare la capacità produttiva della fabbrica fino a 3GW.

Quali sono state le condizioni premianti che vi hanno portato a ottenere determinate prestazioni e risultati?

«Una prima condizione premiante è il fatto di trovarci a Catania, in un contesto (quello della Etna Valley) ad alto valore tecnologico: un’ottima Università, i laboratori del CNR (ad aprile è stata avviata una nuova linea pilota per la microelettronica – nda), la presenza di altre aziende, tra cui una delle più grandi aziende di semiconduttori del mondo (STMicroelectronics). Tutto questo ha creato un ecosistema che aiuta lo sviluppo tecnologico e che ci ha portato a concentrarci su determinati obiettivi, tra cui la scelta di fare esperienza sulla linea dei 200 MW. La scelta tecnologica si rivela una chiave importante per il prossimo step: lo sviluppo della tecnologia Tandem. La cella HJT, oltre ad essere la soluzione al silicio più performante, consentendo di avvicinarci al limite teorico di efficienza delle cellule al Si, è un’ottima base per la cella tandem. Quest’ultima è costituita da due celle, una sovrapposta all’altra: quella bottom è la cella a eterogiunzione, quella top è una cella in perovskite, capace di convertire la parte blu dello spettro solare. Noi abbiamo scelto una configurazione 2T, a due terminali monolitica, in quanto offre diversi vantaggi dal punto di vista manifatturiero, rispetto a quella a quattro terminali, e consente anche di mitigare le debolezze del film sottile».

Quali sono queste debolezze?

«I moduli thin film sono più soggetti a hotspot: ciò significa che in condizioni particolari di ombreggiatura un materiale sottile si può danneggiare anche in modo irreparabile, comportando un degrado più veloce dei moduli. Questa caratteristica la si può mitigare, anche se non è possibile eliminarla del tutto. Su questo, abbiamo anche pubblicato di recente un articolo su Advanced Science in cui dimostriamo che nella configurazione dei due terminali la cella di silicio protegge il sottile strato di perovskite in caso di ombreggiamento.

L’elevato grado di automazione è una caratteristica che rende la realtà di Catania all’avanguardia a livello internazionale. Su cosa avete puntato?

«Siamo stati i primi ad applicare al fotovoltaico un alto livello di automazione e di data analysis che è tipico del mondo dei semiconduttori ed essere nell’Etna Valley ha sicuramente favorito questi presupposti. Siamo stati i primi al mondo a prevedere un altissimo livello di automazione anche nella linea dei moduli e questo ci permette di avere anche un maggiore controllo e un più alto grado di precisione nella ripetibilità dei processi.  Inoltre, abbiamo realizzato un sistema di data analysis che utilizza anche tecniche di machine learning e d’intelligenza artificiale, per mantenere tutto sotto controllo. Contiamo su un sistema di tracciabilità del singolo wafer, potendo sapere tutto il percorso che ha fatto e i diversi step di processo. Tutto ciò ci permette di intervenire su un’attrezzatura prima che si verifichi un problema».

A proposito di celle solari: il futuro sarà delle celle solari a perovskite-perovskite?

«Nel caso di una cella a perovskite, si parla di film sottile, quindi una tecnologia che presenta alcune debolezze e non è mai riuscita, in generale, (penso, per esempio, alle CIGS o alle o CdTe (tellururo di cadmio), non sono mai riuscite a sfondare. Attualmente costituiscono non più del 3% del mercato mondiale; il 97% è composto da silicio cristallino. Inoltre, il silicio è un materiale molto conosciuto, stabile e quindi vedo difficile la sostituzione di questo elemento, almeno su grande scala. Il thin film, comunque, resta una tecnologia valida, seppure di nicchia, adatta soprattutto in quelle applicazioni in cui il modulo a silicio non è vincente: penso, per esempio, al BIPV, o alle finestre fotovoltaiche.

Come potrà crescere il fotovoltaico made in Italy e made in UE, nella competizione con i colossi internazionali?

«Come 3SUN pensiamo di essere un esempio trainante per il resto dell’Europa, un’eccellenza italiana che mostra come si possa fare il fotovoltaico nel vecchio Continente. Puntiamo sulla tecnologia più avanzata, sull’innovazione, sulla capacità di garantire moduli a elevate prestazioni, ma guardiamo anche alla sostenibilità. Naturalmente, per contare su una filiera devono anche esserci condizioni che a livello globale permettano di essere competitivi. Da questo punto di vista, l’Europa sta guardando all’Italia, come a un esempio in grado di provare che è possibile non perdere il vantaggio competitivo che abbiamo maturato, a livello di ricerca e innovazione.

Sarà realmente possibile competere con la Cina?

«Di sicuro faremo la nostra parte e del nostro meglio; però, poi, occorre che vi siano condizioni a livello europeo tali da permettere una competizione quanto più concreta possibile. Devo dire che in questo senso qualcosa si sta muovendo anche su spinta delle Istituzioni Italiane».

A tale proposito, provvedimenti come il Net Zero Industry Act, quanto possono riuscire davvero a sostenere la volontà di andare a competere in un contesto mondiale complesso?

«NZIA potrà fare la differenza. Certo, occorrerà capire come i vari Stati membri decideranno di declinarlo, ma in ogni caso si parla di porre dei criteri diversi da quelli puramente di prezzo, quindi si dovrà guardare alla resilienza, alla sostenibilità da diversi punti di vista: dei materiali, delle condizioni lavorative… Ponendo criteri differenti dalla pura logica pricing, si potrà cercare di mantenere un’autonomia strategica in Europa».

Quanto sarà difficile, in Italia e in Europa, coprire tutta la catena del valore fino al polisilicio?

«Ci sono dei materiali critici, per cui, comunque, l’Europa ha il know-how adatto per intervenire. Anche in questo caso, la creazione di condizioni favorevoli potrà permettere un reshoring di tutta la catena del valore».

Nella realizzazione della gigafactory del fotovoltaico state lavorando anche sul riciclo?

«Sì, in 3SUN ci stiamo occupando anche del riciclo dei moduli. Insieme ad alcuni partner abbiamo diversi progetti su cui stiamo lavorando e l’idea è di sviluppare dei processi che possano permettere di riciclare la maggior parte di un modulo fotovoltaico, ma anche di utilizzare materie prime provenienti da una filiera del riciclo, oppure utilizzare materiali più facilmente riciclabili».

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