La luce, l’energia e quella specie di magia

Guardiamo al nuovo anno con quel senso di futuro e quella forza immaginifica che animava i pionieri dell’energia, protagonisti del calendario 2025 di AGN ENERGIA.

L'energia fa parte della nostra quotidianità, ma la sua storia è un viaggio affascinante attraverso secoli di scoperte scientifiche e intuizioni geniali.

Il tema del calendario 2025 di AGN ENERGIA è proprio questa “specie di magia”, raccontata attraverso i suoi protagonisti.  Poi c’è una storia nella storia che vale la pena approfondire, quella dell’energia solare, perché nel suo percorso, da Archimede ai moderni pannelli fotovoltaici, coinvolge molte delle figure presenti nel nostro calendario.

Cos'è l'effetto fotovoltaico?

L'effetto fotovoltaico è un fenomeno fisico che si verifica quando un materiale semiconduttore, come il silicio, viene esposto alla luce. I fotoni, particelle elementari della luce, trasferiscono la loro energia agli elettroni del semiconduttore, liberandoli dai loro legami atomici. Questo processo genera una corrente elettrica: un concetto solo apparentemente semplice. 

Duemila anni di energia solare

Se pensiamo all’energia solare di oggi, quella trasformata da pannelli e inverter in corrente elettrica ad uso domestico, il pensiero corre immediatamente all’800 quando gli studi sull’elettricità permisero nell’arco di pochi anni straordinari progressi. Un esempio su tutti è la lampadina elettrica di Edison che, prodotta su larga scala, cambiò per sempre il volto delle case come quello delle grandi metropoli.

L'umanità, già migliaia di anni fa, aveva imparato a sfruttare la luce come forma di energia. Il principale esempio è davanti ai nostri occhi tutti i giorni: il vetro. Grazie a questa invenzione, di probabile matrice fenicia e già industrializzata nell’antica Roma, le case riuscirono a sfruttare meglio il sole per illuminarsi e per scaldarsi. Questa scoperta, rivoluzionaria per la vita dell’uomo, nasce dalla lavorazione del silicio, la materia prima che ha permesso anche lo sviluppo delle celle fotovoltaiche.

Anche gli studi sulla luce sono altrettanto antichi, dai celebri specchi ustori di Archimede, che per secoli accesero il dibattito sulla loro veridicità nella comunità scientifica mondiale, da Galilei a Newton, fino alla teorizzazione e alla successiva dimostrazione dell’effetto fotoelettrico di Einstein a inizio Novecento.

L’effetto fotovoltaico: il contributo italiano

La scoperta del fotovoltaico nasce proprio in questo contesto di pensiero dove anche gli scienziati italiani riuscirono a dare un importante contributo.  Nel XIX secolo le Università italiane erano un punto di riferimento a livello mondiale per gli studi sull'elettricità e la luce.

Alla fine del 700 la disputa tra Galvani e Volta sull’elettricità animale aprì la porta agli studi che portarono lo scienziato comasco a costruire la prima batteria della storia. Pochi anni dopo studiosi come Antonio Pacinotti, inventore della dinamo, e Augusto Righi, pioniere delle onde elettromagnetiche, contribuirono a creare un terreno fertile per la ricerca nel campo dell'energia solare.

Pacinotti, infatti, con la sua dinamo, dimostrò la possibilità di convertire l'energia meccanica in elettricità, aprendo la strada alla produzione di energia su larga scala. Righi, invece, con i suoi esperimenti sulle onde elettromagnetiche, pose le basi per la comprensione della natura della luce e delle sue interazioni con la materia.
Questi studi, insieme alle scoperte di Becquerel, Smith e Fritts, crearono la base scientifica per cui l'idea di convertire la luce solare in elettricità non era più un sogno, ma una possibilità concreta.

Le tappe fondamentali sulla strada del fotovoltaico

Il cammino verso la moderna energia solare è costellato di tappe fondamentali, ognuna delle quali ha gettato le basi per l’innovazione successiva.

• 1839: l'illuminazione di Alexandre Edmond Becquerel Lo scienziato francese, mentre studiava l'elettrolisi insieme al padre, osserva un fenomeno curioso: alcuni materiali producono una debole corrente elettrica quando esposti alla luce. Becquerel aveva appena scoperto l'effetto fotovoltaico, gettando le basi per una nuova era energetica.
• 1873: Willoughby Smith e il selenio Lo scienziato inglese scopre che il selenio, un elemento chimico poco conosciuto, è fotosensibile, ovvero la sua conduttività elettrica aumenta quando viene illuminato. Questa scoperta apre nuove prospettive per l'applicazione dell'effetto fotovoltaico.
• 1883: Charles Fritts e la prima cella solare L'inventore americano realizza la prima cella solare al selenio, in grado di convertire la luce in elettricità con un'efficienza dell'1%. Sebbene rudimentale, questa invenzione rappresenta un passo fondamentale verso l'energia solare moderna.
• 1905: Albert Einstein e l'effetto fotoelettrico Il genio della fisica teorica pubblica un articolo rivoluzionario sull'effetto fotoelettrico, spiegando come la luce possa liberare elettroni da un materiale. Questa teoria, che gli varrà il premio Nobel nel 1921, fornisce le basi scientifiche per comprendere l'effetto fotovoltaico e sviluppare celle solari più efficienti.
• 1954: i Bell Laboratories e la cella solare al silicio I ricercatori dei Bell Laboratories creano la prima cella solare al silicio, un materiale semiconduttore abbondante e versatile, in grado di convertire la luce in elettricità con un'efficienza massima del 6%. Questa invenzione segna l'inizio dell'era moderna dell'energia rinnovabile da pannelli fotovoltaici. 

Dalla scoperta alla produzione di massa: un lungo cammino di innovazione

Sebbene l'effetto fotovoltaico fosse noto fin dal XIX secolo, la produzione di energia solare su larga scala ha richiesto ulteriori scoperte e innovazioni tecnologiche. Anzitutto è stata necessaria l'ottimizzazione dei processi di produzione delle celle solari.

L’aumento della domanda ha trasformato una tecnologia inizialmente sofisticata e costosa in una soluzione più accessibile e scalabile. Dagli anni Cinquanta ad oggi infatti è stato possibile passare dai moduli sperimentali con pochi watt di potenza ai 447 GW installati solo nel 2023 secondo quanto emerge dall’ultimo report “Global Market Outlook” di Solar Power Europe (giugno 2024). 

Accanto allo studio sui pannelli solari è stata altrettanto importante lo sviluppo dell'elettronica di potenza: per convertire la corrente continua prodotta dalle celle solari in corrente alternata utilizzabile nelle nostre case, sono necessari inverter e altri dispositivi elettronici che via via sono diventati più efficienti e sicuri. L'evoluzione dell'elettronica di potenza, inaugurata dall’invenzione del generatore di corrente alternata di Tesla, ha reso infatti possibile l'integrazione dell'energia solare nelle reti elettriche. Infine non bisogna dimenticare la contemporanea messa a punto di batterie e sistemi di accumulo che hanno permesso di sfruttare maggiormente l’energia prodotta e favorire in questo modo l’autoconsumo che attualmente si sta diffondendo sempre più nel mercato residenziale.

La ricerca però continua e la sfida, per il prossimo futuro, sarà trovare materiali semiconduttori ancor più performanti e capaci di superare il limite teorico del 29% attribuito al silicio (il tasso di conversione medio però è più basso, intorno al 20%). La perovskite è il materiale su cui si concentrano le maggiori speranze: usata in tandem con il silicio ha dimostrato di poter avere un’efficienza superiore al 30%. La sua produzione a livello industriale potrebbe iniziare già nel prossimo anno. 

La ricerca quindi non si ferma e il futuro dell’energia solare promette di essere ancora più luminoso.