Il Fotovoltaico questo sconosciuto
Considerazioni su una tecnologia che sembra esaurita ma ha ancora tanto sviluppo davanti
- seconda parte -
di Egidio Raimondi
Nel mio ultimo articolo ho tracciato l’evoluzione del fotovoltaico in Italia negli ultimi 15 anni, dalle prime campagne di incentivazione ad oggi. Ma cos’è di preciso un impianto fotovoltaico? Come funziona? Cercherò di spiegarlo senza usare un linguaggio troppo “tecnico”.
La tecnologia basata sul solare fotovoltaico rientra tra quelle per la produzione di energia da fonti classificabili come rinnovabili. Per rinnovabile si intende una fonte che si rigenera e si considera non esauribile nella scala dei tempi “umani”. E’ che chiaro che se un giorno dovesse “esaurirsi” il sole, diciamo che quello della produzione di energia non sarebbe più il problema prioritario.
A questo proposito mi piace citare la frase di un amico, Marco Matteini, da sempre impegnato nel settore delle energie rinnovabili, che ad un convegno in cui si contrapponevano le ideologie rinnovabile/nucleare, ebbe a dire che “il sole è una enorme centrale nucleare ma… a distanza di sicurezza!”
Ma torniamo al fotovoltaico.
Si tratta di una tecnologia che affonda le sue radici nella metà del XIX secolo quando, nel 1839 Becquerel scoprì il fenomeno fisico.
Anche Albert Einstein spiego l’effetto fotovoltaico nel 1905 e, dagli anni Trenta del Novecento, i misuratori di luce per apparecchi fotografici impiegano comunemente celle fotovoltaiche a ossido di rame o selenio.
Nel 1954 i laboratori Bell sviluppano la prima cella a silicio cristallino (più avanti vedremo di cosa si tratta) e nel 1958 un satellite spaziale USA impiega celle fotovoltaiche con risultati ben oltre le aspettative.
Dalla metà degli anni Settanta del Novecento, con le prime crisi petrolifere mondiali, si investono ingenti risorse nella ricerca e sviluppo della tecnologia fotovoltaica giungendo, nel 1976, alla produzione della prima cella in silicio amorfo (anche questo lo spiegheremo più tardi).
Dagli anni Ottanta del Novecento in poi la ricerca fa progressi notevoli aumentando i rendimenti, fino ad allora piuttosto bassi, e lavorando su materiali sempre più innovativi, performanti e sostenibili, oltre che sull’aspetto dell’integrazione estetica dei moduli nell’ambiente naturale e costruito.
L’effetto fotovoltaico è basato sulla conversione dell’energia fotonica (luminosa) in energia elettrica, invertendo quanto accaduto sino ad allora, quando con un filo elettrico si accendeva una lampadina!
Semplificazione ardita a parte, la tecnologia fotovoltaica si basa su due diverse tipologie, legate al materiale impiegato:
- il silicio amorfo
- il silicio cristallino che, a sua volta, si divide in: monocristallino e policristallino
Nel silicio amorfo gli atomi di silicio vengono deposti chimicamente in forma amorfa, ovvero secondo una struttura non organizzata, sul suo supporto. Le quantità di silicio utilizzate sono molto esigue (nell’ordine del micron) e quindi i supporti sono flessibili e leggeri, facilmente adattabili a qualsiasi forma, anche curva. Tipicamente si tratta di fogli in PVC semirigido che consentono una più facile integrazione con la parte in cui vengono installati e “lavorano” con buone performance anche sulla componente riflessa della radiazione luminosa, pur mantenendo rendimenti piuttosto bassi. L’aspetto a vista è di strisce grigiobluastre, larghe fino a 50 cm e lunghe vari metri, che possono essere arrotolate e poi connesse in serie tra loro. I rendimenti sono piuttosto contenuti ed è meno stabile del cristallino.
Nel silicio monocristallino si parla di celle (generalmente quadrate con un lato dell’ordine dei 12 cm) e ogni cella è realizzata a partire da un wafer la cui struttura cristallina è omogenea (monocristallo). Le celle sono giuntate tra loro da collegamenti ad alta conducibilità elettrica. L’aspetto visivo è quello di pannelli (moduli) in cui le celle sono contenute tra un supporto inferiore in materiale plastico e uno superiore in vetro, di colore nerobluastro uniforme, e dimensioni standard di cm 100 x 160. I rendimenti sono i più alti (fino al 25%) ed è una tecnologia ormai matura.
Il silicio policristallino è simile al precedente con l’unica differenza che il wafer di partenza non è strutturalmente omogeneo ma organizzato in grani localmente ordinati. L’aspetto visivo è simile al precedente ma con colore più tendente all’azzurro e la tipica tessitura a chip di varia pezzatura. Le dimensioni sono sempre standard come quelle del monocristallino. Ha rendimenti più bassi del monocristallino ed essendo “variegato” è più difficile da integrare.
Dal punto di vista della sostenibilità ambientale, i vantaggi del fotovoltaico sono molteplici:
- Non ha emissioni climalteranti in atmosfera, nelle acque e nel suolo;
- non prevede emissioni acustiche nè parti in movimento o fluidi in circolo;
- ha un impatto visivo generalmente ridotto;
- non prevede trasporto di combustibile, né produzione di scorie;
- promuove la produzione energetica locale riducendo il trasporto in rete;
- per ogni kWh di energia elettrica prodotta da fotovoltaico si evita l’emissione di circa 500 grammi di CO2 in atmosfera;
- i tempi di payback energetico per la produzione dei moduli variano dai 3-6 anni per il silicio policristallino agli 8-10 anni per il silicio monocristallino, agli 1-2 anni per il silicio amorfo in film sottile.
Il mercato del fotovoltaico è destinato ad avere ancora un grande sviluppo, anche nel nostro Paese, soprattutto se lo si orienta su quelle aree a scarso valore paesaggistico ambientale come le zone industriali e le periferie urbane.
Dal punto di vista economico la tecnologia può ormai definirsi matura ma dal punto di vista dell’inserimento nel contesto e dell’integrazione con l’edilizia esistono ancora ampi margini di miglioramento e la ricerca produce continui sviluppi che poi vengono trasferiti sul mercato.
Un esempio molto interessante è rappresentato dal vetro fotovoltaico, con vari livelli di trasparenza e sfumature cromatiche, anche in versione calpestabile, che consente di esprimersi con grande libertà creativa su grandi superfici, pur mantenendo ancora livelli di costo decisamente superiori rispetto alla tecnologia standard, accompagnati da minori rendimenti. Tuttavia il mio consiglio è di tenere d’occhio le evoluzioni del prossimo futuro.
Ma oggi conviene o no installare un impianto fotovoltaico? e se sì come deve essere dimensionato? a cosa bisogna fare attenzione?
Il primo dato di fatto da tener presente è che oggi non sono più necessari gli incentivi perchè il fotovoltaico ha raggiunto prezzi più che abbordabili e il costo iniziale di installazione può essere ammortizzato con il risparmio in bolletta.
Resta tuttavia valida la possibilità di accedere alle detrazioni IRPEF per le ristrutturazioni, per i privati, e la possibilità di considerare l’impianto come bene ammortizzabile, per le imprese.
Il secondo dato di fatto è che lo scambio sul posto è diventato meno “conveniente” rispetto ai tempi d’oro poiché l’energia immessa in rete viene remunerata poco e quindi conviene utilizzare il più possibile l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico.
Per fare questo ci sono due modi:
- Dimensionare l’impianto in modo che l’energia prodotta di giorno venga utilizzata nelle stesse ore, in modo da ridurre le quantità di energia prelevate dalla rete. QUesto rende molto adatti tali sistemi per gli uffici e le attività produttive, che hanno consumi di energia prevalentemente diurni, e impone un cambio di abitudini e stili di vita per i privati che, tendenzialmente, avrebbero maggiori consumi nelle ore serali e notturne. Si tratterebbe in tal caso di programmare lavatrici, lavapiatti, usi domestici vari il più possibile nelle ore diurne.
- Dotare l’impianto di sistemi di accumulo (batterie) che stanno raggiungendo livelli qualitativi sempre maggiori e a costi accessibili, contrariamente a quello che accadeva agli albori della tecnologia, quando erano costosi e rapidamente deteriorabili con conseguenti problemi di smaltimento come rifiuti speciali, a fine vita.
Quindi, riassumendo, è fondamentale rivolgersi ad un progettista che possa dimensionare correttamente l’impianto sulla base del profilo di utenza dell’edificio a servizio del quale andrà realizzato, diffidando di quelle soluzioni preconfezionate, spesso presentate dalle aziende come Kit da montare rapidamente, poichè potrebbero non rivelarsi le più adatte.
Come dico sempre, anche in questo caso, non esistono ricette preconfezionate ma ogni caso va analizzato e affrontato singolarmente e nello specifico.
Altri accorgimenti da adottare nella realizzazione di un impianto fotovoltaico sono:
- Fare attenzione ad eventuali ostruzioni che potrebbero mettere in ombra i moduli, spesso sottovalutate, come comignoli, alberi anche lontani che nelle ore in cui il sole è basso potrebbero essere un problema, antenne, tende da sole, ecc…..
- Avere cura che i moduli abbiano una adeguata ventilazione e non siano soggetti a surriscaldamento perché, in tal caso, avrebbero importanti perdite di rendimento.
- Posizionare l’inverter, che trasforma la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata (quella che abbiamo nell’impianto elettrico interno) in posizione non troppo lontana dai moduli poiché le dispersioni sono maggiori in corrente continua che in alternata.
- Collegare in serie i moduli considerando che se ne viene ombreggiato uno si ferma la produzione di tutta la serie e che se uno di essi è attestato verso un rendimento più basso, abbassa a quel livello anche i rendimenti di tutti gli altri della serie.
- Prevedere la possibilità di lavare i moduli periodicamente poiché la polvere riduce il rendimento.
In altre parole, un impianto fotovoltaico è riuscito se se ne garantisce il corretto funzionamento nel tempo (almeno 20 anni) e quindi meglio spendere qualcosa in più all’inizio, considerandolo un investimento che trovarsi ad avere malfunzionamenti e/o bassi rendimenti nel tempo.
Tutto ciò ferma restando l’opportunità di avere adeguate garanzie che oggi le aziende più importanti offrono sul prodotto (da 2 a 5 fino a 10 anni) e sul rendimento (per legge non meno del 90% nei primi 10 anni di esercizio e non meno dell’80% nei successivi 10, generalmente aumentati per la maggiorparte delle aziende sul mercato.)
A questo molte aziende aggiungono coperture assicurative aggiuntive che rendono più sicuro e affidabile l’investimento.
Concludo dicendo che installare prodotti di alta gamma consente di avere idonee garanzie di prestazione e di affidabilità che fanno dormire tranquilli e rientrare dell’investimento nei tempi previsti, al contrario di quello che accade con impianti più “economici” all’inizio che però comportano maggiori rischi nell’arco del ciclo di vita utile.
Senza mai dimenticare che il costo dell’energia di rete sarà sempre più alto, del resto non è mai diminuito ma è da sempre in costante ascesa, e quindi i risparmi in bolletta sono progressivi, con una riduzione dei tempi di ammortamento rispetto a quelli previsti in fase di studio di fattibilità tecnico-economica.
Per chiunque fosse interessato a saperne di più e magari valutare l’opportunità di installare un impianto fotovoltaico per la propria casa o il proprio edificio “lavorativo”, sono a disposizione. Potete scrivermi qui sotto nei commenti o direttamente alla e-mail: egidio@egidioraimondi.com
Buona energia pulita a tutti!
