Silicio al 18,8 per cento, sotto cinque dollari al watt: nuove regole per le costellazioni
Quindici virgola sei watt di potenza media e il 18,8 per cento di efficienza sull’area attiva: sulla Terra sono numeri da fotovoltaico ordinario. Ma se il modulo in questione è pensato per satelliti e, come afferma Bryan Mazor, CTO di Source Energy, si produce per meno di cinque dollari al watt, la storia cambia. Lo scorso 4 agosto la statunitense Source Energy e il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE hanno annunciato una nuova linea di prodotti per satelliti basata su celle solari al silicio.
Il silicio sfida il germanio in orbita
I prototipi misurati in condizioni AM0 a 25 °C — il riferimento per l’irraggiamento fuori dall’atmosfera terrestre — hanno registrato una potenza media di 15,6 watt, con moduli che arrivano a 16,1 watt, e un’efficienza media dell’area attiva del 18,8 percento. Sono dati di prototipo, non proiezioni: si tratta di una fase di industrializzazione con una capacità produttiva dimostrata, ma non ancora di un catalogo commerciale consolidato. Il processo di produzione automatizzato, costruito attorno allo Shingle-Matrix Stringer di M10 Solar Equipment GmbH, consente a Source Energy di consegnare i prodotti in meno di sei mesi dall’ordine; il sistema è stato installato nello stabilimento del Colorado lo scorso giugno. Quanto alla durata, la stima è che i moduli conservino circa il 76 percento della potenza originale dopo sette anni di operatività nello spazio, come riportato da pv-magazine, che attribuisce la cifra a Source Energy.
Ma perché una cella al silicio con un’efficienza apparentemente modesta dovrebbe interessare l’industria spaziale?
Il prezzo del watt: cinque dollari che cambiano i conti
La risposta è nei numeri economici, non nell’efficienza assoluta. Il team di Source Energy ha contribuito ai programmi di array solari per la Crew Dragon della NASA e ha supportato lo sviluppo iniziale degli array Starlink presso SpaceX. Il fatto di aver lavorato su Crew Dragon e Starlink non è un dettaglio biografico: indica che il gruppo conosce i vincoli di integrazione, le qualifiche e le catene di fornitura del new space, e che punta a un mercato di volumi, non alle missioni one-off. «Come cuore della nostra produzione, ci consente di fabbricare pannelli fotovoltaici per meno di 5 dollari al watt», dice Bryan Mazor, CTO di Source Energy. Stando a pv-magazine-usa, il DOE ha lanciato un programma di finanziamento da 12 milioni di dollari per il fotovoltaico spaziale. Il messaggio è chiaro: il costo al watt, più del rendimento, sta diventando la variabile su cui si gioca la partita delle costellazioni.
Dove il silicio non basta: il trade-off per chi progetta satelliti
Ed è qui che entra in gioco la fisica dei materiali e la concorrenza. Le celle multi-giunzione III-V, lo standard per le missioni più esigenti, continuano a offrire rendimenti nettamente superiori: Rocket Lab dichiara che le sue celle solari e i CIC più recenti raggiungono efficienze fino al 34 percento, tra le più alte del settore. Il modulo IMM Apex, presentato da Rocket Lab, è privo dei substrati di germanio utilizzati per le celle multi-giunzione convenzionali prodotte negli ultimi tre decenni. Il divario con il 18,8 percento del silicio resta ampio: circa quindici punti percentuali separano i due mondi.
Il trade-off per chi progetta satelliti è quindi esplicito. Da un lato, il silicio offre tempi di consegna sotto i sei mesi, un costo inferiore ai 5 dollari al watt e una produzione industrializzata in Colorado; dall’altro, le celle III-V restano la scelta quando serve la massima potenza per unità di superficie, come nelle missioni scientifiche o nelle orbite dove l’area dei pannelli è un vincolo. La scelta tra silicio e III-V non è binaria: dipende dal budget di missione, dalla superficie disponibile e dalla vita operativa richiesta. Il punto non è solo il costo del watt, ma il costo dell’intero array e i tempi di integrazione: per una costellazione in orbita bassa, che deve essere rimpiazzata o ampliata con lanci frequenti, consegnare pannelli in meno di sei mesi permette di allineare la catena di fornitura ai ritmi dei lanci. Per chi progetta o gestisce costellazioni LEO, il silicio non è più una scommessa: è una scelta di budget. Ma la frontiera dell’efficienza resta al germanio, e lì la partita è ancora aperta.
