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Con la crescente domanda globale di energia rinnovabile, la generazione di energia solare fotovoltaica è diventata una tecnologia fondamentale nel settore dell'energia pulita. Come componente chiave dei sistemi fotovoltaici, le prestazioni e l'efficienza dei pannelli solari hanno un impatto diretto sulla generazione di energia. Quando si scelgono i pannelli solari, i consumatori spesso si chiedono se sia meglio il monocristallino o il policristallino e sono anche curiosi della composizione dei materiali dei pannelli solari.

I. Confronto tra pannelli solari monocristallini e policristallini

1. Caratteristiche dei pannelli solari monocristallini

I pannelli solari in silicio monocristallino sono realizzati in silicio con una singola struttura cristallina. Sono prodotti utilizzando il processo Czochralski per produrre lingotti di silicio di alta qualità, che vengono poi tagliati in sottili wafer.

Vantaggi:

• Alta efficienza: Il silicio monocristallino ha una struttura cristallina regolare, con conseguente elevata efficienza di trasferimento degli elettroni. L'efficienza di conversione è tipicamente del 20%-23% (con risultati di laboratorio superiori al 26%), con conseguente maggiore generazione di energia per unità di superficie.

• Alto utilizzo dello spazio: Grazie alla loro elevata efficienza, i pannelli monocristallini possono generare più energia in spazi limitati (come i tetti urbani), rendendoli adatti ad applicazioni con vincoli di spazio.

• Aspetto attraente: I pannelli monocristallini hanno una superficie uniforme blu scuro o nera, con spesso angoli arrotondati (a causa della forma cilindrica dei lingotti di silicio), che conferisce loro un aspetto più moderno e li rende adatti per edifici residenziali o commerciali di fascia alta.

• Durata: Il silicio monocristallino è altamente puro e presenta una resistenza superiore alla degradazione, con conseguente lento degrado dell'efficienza durante l'uso a lungo termine (oltre 10 anni).

• Prestazioni leggermente migliori alle alte temperature: I pannelli monocristallini subiscono una perdita di efficienza minima in ambienti ad alta temperatura, rendendoli adatti alle regioni calde.

Svantaggi:

• Costo più elevato: Il processo di produzione del silicio monocristallino è complesso e ad alta intensità energetica, con conseguenti costi di produzione e prezzi di mercato più elevati rispetto al silicio policristallino e un investimento iniziale maggiore.

• Elevato spreco: Quando i lingotti di silicio vengono tagliati in sottili wafer quadrati, viene generata una quantità significativa di scarti, con conseguente minore utilizzo delle risorse.

• Sensibilità all'ombreggiamento: I pannelli monocristallini sono altamente sensibili all'ombreggiamento localizzato (come le ombre degli alberi o la polvere), che può comportare una riduzione dell'efficienza su tutto il pannello.

2. Caratteristiche dei pannelli solari policristallini

I pannelli solari in silicio policristallino sono composti da materiali in silicio con molteplici strutture cristalline. Il silicio fuso viene versato in uno stampo e raffreddato per formare un lingotto, con conseguente struttura cristallina relativamente complessa.

Vantaggi:

• Basso costo: Il silicio policristallino vanta un processo di produzione semplice e un basso consumo energetico, con conseguenti costi di produzione inferiori di circa il 10%-20% rispetto al silicio monocristallino. Questo lo rende più competitivo e adatto a progetti con budget limitati.

• Alto utilizzo delle risorse: Il metodo di colata del lingotto produce direttamente lingotti di silicio quadrati, con conseguente minimo spreco di taglio ed elevata efficienza di utilizzo delle materie prime.

• Produzione ecologica: La produzione di silicio policristallino consuma meno energia e ha un'impronta di carbonio inferiore, in linea con le tendenze della produzione ecologica.

• Leggermente più resiliente all'ombreggiamento: Grazie alla sua diversa struttura cristallina, i pannelli policristallini subiscono una perdita di efficienza complessiva minima in caso di ombreggiamento parziale.

Svantaggi:

• Efficienza inferiore: Il silicio policristallino ha numerosi bordi di grano, che ostacolano la migrazione degli elettroni. L'efficienza di conversione è tipicamente compresa tra il 17% e il 20%, con conseguente minore generazione di energia per unità di superficie rispetto al silicio monocristallino.

• Grandi requisiti di spazio: A causa della loro minore efficienza, i pannelli policristallini richiedono un'area maggiore per ottenere la stessa generazione di energia, rendendoli inadatti ad applicazioni con vincoli di spazio.

• Aspetto ordinario: I pannelli policristallini hanno una superficie blu con un motivo a grana irregolare e angoli quadrati, con conseguente effetto visivo meno uniforme rispetto ai pannelli monocristallini, conferendo loro una sensazione leggermente "industriale".

• Prestazioni leggermente inferiori alle alte temperature: In ambienti ad alta temperatura, l'efficienza dei pannelli policristallini diminuisce leggermente più di quella dei pannelli monocristallini e le prestazioni sono leggermente peggiori nelle regioni tropicali.

• Degradazione della durata: I difetti cristallini nel silicio policristallino possono causare una degradazione dell'efficienza leggermente più rapida durante l'uso a lungo termine, richiedendo ispezioni più frequenti.

3. Scenari applicativi del monocristallino e del policristallino

Il monocristallino è adatto ai seguenti scenari:

• Spazio limitato: Ad esempio, tetti residenziali e tetti di edifici commerciali nelle città, dove è richiesta un'elevata efficienza per massimizzare la generazione di energia.

• Regioni ad alta temperatura: Ad esempio, Cina meridionale, sud-est asiatico e Medio Oriente, dove il monocristallino offre una resistenza superiore alle alte temperature.

• Progetti di fascia alta: Ad esempio, ville e progetti di certificazione di edifici verdi, dove l'aspetto e le prestazioni del monocristallino sono più in linea con il posizionamento di fascia alta.

• Investimento a lungo termine: Per gli utenti con ampi budget che cercano rendimenti stabili per più di 25 anni, il monocristallino offre una durata superiore.

• Il policristallino è adatto ai seguenti scenari:

• Budget limitato: Ad esempio, progetti di riduzione della povertà fotovoltaica rurale e generazione di energia distribuita nei paesi in via di sviluppo, dove il basso costo del policristallino è più attraente.

• Installazioni su larga scala: Ad esempio, centrali fotovoltaiche a terra e progetti solari nel deserto, dove il policristallino offre una soluzione più economica quando lo spazio è disponibile.

• Ambienti complessi: Ad esempio, in aree polverose o pesantemente ostruite, il policristallino è leggermente più adattabile all'ombreggiamento parziale.

• Rendimenti a breve termine: Per gli utenti che cercano un rapido ritorno sull'investimento, il policristallino offre un investimento iniziale inferiore.

4. Tendenze del mercato e progressi tecnologici

Negli ultimi anni, la quota di mercato del silicio monocristallino ha gradualmente superato quella del multicristallino, principalmente a causa dei seguenti fattori:

• Sviluppi tecnologici: Le celle monocristalline di tipo N (come TOPCon e HJT) e la tecnologia a mezza cella hanno migliorato significativamente l'efficienza e il rapporto costo-prestazioni dei prodotti monocristallini continua a migliorare.

• Riduzione dei costi: L'espansione della produzione di silicio monocristallino e l'ottimizzazione dei processi hanno ridotto il divario di costo con il multicristallino (i prezzi del monocristallino saranno di circa $0,36-$0,43 per watt nel 2025, mentre i prezzi del multicristallino saranno di circa $0,29-$0,36 per watt).

• Orientamento politico: Gli obiettivi "dual carbon" della Cina stanno guidando lo sviluppo della tecnologia fotovoltaica ad alta efficienza e il monocristallino è favorito dalla politica e dal mercato grazie alla sua elevata efficienza.

Tuttavia, il silicio multicristallino non si è completamente ritirato dal mercato. In alcuni paesi in via di sviluppo e progetti a basso budget, il multicristallino ha ancora un posto.

5. Raccomandazioni per la scelta tra monocristallino e policristallino

• Efficienza prima di tutto: Se lo spazio è limitato o si cercano rendimenti a lungo termine, il monocristallino è la scelta preferita.

• Orientato al budget: Se l'investimento iniziale è limitato e l'area di installazione è sufficiente, il policristallino è più economico.

• Considerazioni complete: Valutare l'efficienza e i costi in base al clima locale, alle condizioni di ombreggiamento e alla posizione del progetto. Ad esempio, il monocristallino è raccomandato nelle aree costiere meridionali, mentre il policristallino può essere preso in considerazione nelle regioni desertiche nord-occidentali.