Il CNR ha portato la tegola solare fuori dal laboratorio

Il prototipo si ferma al 62% contro il 90% ideale: la fisica funziona, ma l’ottica va messa a punto.

Dentro un prisma cuneiforme di vetro convivono due celle solari con chimiche diverse. La prima è una cella all’arseniuro di gallio (GaAs) da 2 cm × 2 cm con efficienza del 20%. La seconda è una cella bifacciale in eterogiunzione di silicio (HJT) da 6,8 cm × 2 cm, con efficienza di circa il 24% e bifaccialità del 90%. È la tegola fotovoltaica sviluppata dal CNR e descritta lo scorso agosto in un articolo di pv magazine Italia. Le due celle non si contendono la stessa luce: il prisma divide lo spettro e manda a ciascuna la porzione che converte meglio. Da qui vengono le due espressioni chiave del progetto, “4 terminali” e “separazione spettrale”.

Due celle, un prisma: come la tegola divide la luce

Il principio si capisce pensando a un prisma da laboratorio che scompone la luce bianca in un ventaglio di colori. Qui il ventaglio non resta un effetto ottico. Ogni banda viene indirizzata verso il semiconduttore più adatto a sfruttarla. Una singola cella, per quanto buona, converte bene solo una parte dello spettro e disperde il resto in calore. Con due celle affiancate, ciascuna lavora nella propria zona di massima resa. La configurazione a 4 terminali completa lo schema: le due celle non sono collegate in serie ma hanno uscite elettriche indipendenti, quindi non devono condividere la stessa corrente. In cambio, il cablaggio e la gestione si complicano.

Il concetto non è nuovo per il CNR. Come risulta dal record nell’archivio istituzionale del CNR, l’idea di una “solar tile” a prisma cuneiforme, a 4 terminali, a bassa concentrazione e a separazione spettrale, con auto-ombreggiatura ridotta al minimo, precede la validazione all’aperto pubblicata sulla rivista Solar Energy. Lo stesso record riporta un guadagno di efficienza di conversione (PCE) del 39%, ottenuto da un modello, rispetto alla migliore configurazione bifacciale standard a circa 25° N di latitudine. Sulla carta è una promessa forte. La domanda è quanto ne resta sotto il sole vero.

Il test sul campo: dal 90% al 62%

Per rispondere, secondo quanto riportato dal CNR, i ricercatori hanno provato il prototipo in quattro giornate soleggiate tra fine maggio e metà luglio 2025, dalle 9 alle 17. Il dato più importante è il confronto tra il dispositivo progettato e quello costruito. Il design ideale manteneva un rapporto di potenza ottica superiore al 90% su un ampio intervallo di angoli di incidenza. Questo parametro indica quanta della luce in ingresso arriva effettivamente alle celle. Il prototipo realizzato si è fermato a un massimo di circa il 62%.

Il divario è di quasi 30 punti percentuali e va letto con attenzione. Non smentisce la fisica del concetto: indica che la realizzazione ottica del prisma non riproduce ancora il comportamento del modello. Tolleranze di fabbricazione, allineamento e perdite nei materiali sono il tipo di scarto che separa un dimostratore da laboratorio da un componente pronto per la produzione.

Il prototipo, comunque, un risultato misurabile lo ha dato. «Nelle condizioni outdoor si ottiene un chiaro aumento di circa il 7% della fotocorrente misurata per una cella Si bifacciale con efficienza del 23% al mattino e nel tardo pomeriggio in prossimità del solstizio d’estate a 37°30′ N», spiega Floriana Morabito. Secondo la ricerca, il miglior incremento bifacciale si è ottenuto con la tegola a 19 cm da terra. Sono due indicazioni utili. Il guadagno si concentra nelle ore di luce radente, quando la geometria del prisma e la faccia posteriore della cella lavorano meglio. Inoltre la resa dipende dall’altezza di montaggio, un parametro che chi progetta l’installazione può controllare. Il +7% di fotocorrente misurato è lontano dal +39% di efficienza modellato, anche perché si tratta di grandezze e condizioni diverse. Resta però un dato reale, raccolto all’aperto.

Dalla tegola al cantiere: cosa chiede l’Europa e cosa cambia per chi installa

Mentre la tegola del CNR è ancora un prototipo, la normativa europea è già in vigore. La direttiva riveduta sul rendimento energetico degli edifici stabilisce che tutti i nuovi edifici siano progettati per ottimizzare la produzione di energia solare. La regola vale per le domande di permesso di costruire presentate dopo il 29 maggio 2026. La Commissione europea indica esplicitamente che i pannelli possono essere integrati negli elementi costruttivi, come tegole, facciate o schermature solari. Il fotovoltaico integrato nell’edificio non è più un’opzione di nicchia: diventa un requisito di progetto.

Per avere un termine di confronto sui tempi, il progetto europeo HIPERION ha completato già nel 2023 una linea pilota di produzione e i suoi siti pilota in Europa. Quello è lo stadio successivo, in cui la tecnologia esce dal laboratorio e viene provata su scala. La tegola a separazione spettrale non ci è ancora arrivata.

Per progettisti e installatori di BIPV il bilancio è chiaro. Da un lato c’è più resa per centimetro quadro, una geometria pensata per sfruttare la bifaccialità e guadagni misurabili nelle ore di luce radente. Dall’altro ci sono due chimiche diverse nello stesso elemento, un sistema a quattro terminali più complesso da cablare e gestire e un’ottica che va realizzata con grande precisione. La tegola del CNR non è un prodotto, ma dimostra che la strada è praticabile. Il lavoro adesso è portare il prototipo dal 62% verso il 90% del design ideale.