Metodi innovativi per il riciclo di moduli fotovoltaici a fine vita

La struttura dei moduli fotovoltaici in silicio cristallino, schematizzata in Figura 14, generalmente, presenta i seguenti componenti:

A. Copertura esterna in vetro: si tratta di una lastra dello spessore di circa 4 mm di vetro solare, cioè un vetro temperato meccanicamente o chimicamente con un basso tenore di ossido di ferro (< 0.04%), dotato di un alto livello di trasmittanza τ nella banda del visibile e di una buona resistenza meccanica. Oltre a trasmettere la radiazione luminosa, il vetro esterno impedisce che gli agenti esterni (acqua piovana, condensa, vapore e particelle inquinanti) penetrino nel modulo, diminuendone le prestazioni o danneggiandolo; grazie alla sua resistenza meccanica (circa 2400 N/m2), inoltre, garantisce la funzione di protezione rispetto a possibili urti dovuti a grandine o caduta accidentale di altri materiali.

B. Sigillante anteriore: è un foglio adesivo trasparente tramite il quale si fissano le celle al vetro di copertura. Nella maggior parte dei moduli il sigillante è costituito da uno strato di EVA (etilene vinil acetato), che garantisce contemporaneamente la tenuta agli agenti esterni e un buon isolamento elettrico.

C. Celle e contatti: ovviamente il modulo è composto da un insieme di celle e da contatti che le interconnettono. Questo insieme costituisce a tutti gli effetti un generatore di elettricità. I contatti sono generalmente realizzati con sottili nastri metallici elettrosaldati (di solito in rame stagnato), i cui terminali vengono fatti uscire dal laminato attraverso un foro sulla faccia posteriore. Le celle sono saldate tra loro in stringhe mediante le interconnessioni: i busbar frontali di una cella sono collegati a quelli posteriori (collegamento in serie) della cella successiva e così via. Le stringhe di celle sono poi depositate sul vetro ricoperto di EVA e successivamente saldate tra loro.

D. Sigillante posteriore: sotto il piano delle celle viene applicato un ulteriore strato di EVA che ne realizza il fissaggio alla chiusura posteriore.

E. Chiusura posteriore: sulla parte posteriore, a chiudere il “sandwich”, ê posizionata una lastra a protezione del materiale che ha caratteristiche di tenuta simili a quella anteriore. Non essendo previste sollecitazioni rilevanti per questa parte non rivolta verso l’ambiente esterno, la resistenza meccanica richiesta è inferiore rispetto alla copertura anteriore. A meno che il modulo non venga integrato in una vetrata, non è richiesta nemmeno la trasparenza, è possibile quindi non utilizzare il vetro, ma impiegare un rivestimento sintetico, piuttosto economico, come per esempio il polivinilfluoruro (PVF), noto commercialmente come Tedlar. Il sandwich così ottenuto viene trattato nella stazione di laminazione, in ambiente sottovuoto. Il vetro, le pellicole e la matrice di celle sono compressi e sigillati a caldo (150 °C) in modo da costituire un tutt’uno. Con questo processo, le pellicole di EVA,
precedentemente opache, diventano trasparenti. In questo modo vengono anche eliminati aria e vapore presenti negli interstizi, che potrebbero provocare fenomeni successivi di corrosione. Le parti sporgenti delle pellicole di rivestimento vengono tagliate con una lama a caldo lungo tutto il perimetro, dopodiché viene applicato, sempre lungo il perimetro, un nastro
biadesivo che consentirà l’incollaggio della cornice.

F. Cornice metallica: il laminato ottenuto in precedenza viene incorniciato mediante profilati metallici, conferendogli così una maggiore stabilità e rigidezza. È inoltre importante che questa struttura di incapsulamento sia in grado di resistere all’esposizione prolungata agli agenti atmosferici, che non comprometta in maniera significativa maneggevolezza e leggerezza del modulo e che non causi ombreggiamenti sulle celle. Generalmente è realizzata in alluminio estruso anodizzato e ha uno spessore variabile tra 2 e 5 cm, spesso dotata di fori atti al fissaggio del modulo a sottostrutture di sostegno.

G. Cassetta di giunzione (Junction box): ultima componente del modulo, collocata sul lato posteriore, che ha lo scopo di proteggere le bandelle terminali che fuoriescono dal sandwich. All’interno della scatola sono presenti una morsettiera per le due polarità e i diodi di by pass, a protezione del modulo e dell’impianto da eventuale malfunzionamento.

Un modulo FV potrebbe funzionare teoricamente in eterno, non avendo parti meccaniche in movimento e quindi non soggette ad usura. È comunque fissata una durata media di un pannello FV a 25-30 anni, questo a causa del naturale degrado dei materiali di cui è composto, non tanto in relazione al silicio, quanto ai materiali incapsulanti che ne garantiscono l’isolamento da agenti esterni. Si possono infatti verificare con il tempo fenomeni di delaminazione dell’incapsulante che consentirebbero la penetrazione di aria ed umidità all’interno del modulo, provocando così l’ossidazione dei contatti ed una conseguente riduzione notevole del rendimento.