10 febbraio 2014

 

Qualche calcolo sul fotovoltaico. Ora aumenta il rendimento: sarà davvero l’energia dell’avvenire.

Tetto di casa ricoperto da pannelli fotovoltaicoAbbiamo trascorso anni in congetture sullo sviluppo tecnologico e la convenienza economica delle energie ricavate da fonti rinnovabili. Ora poi si affacciano anche i problemi, non certo secondari rispetto all’ambiente, dell’impatto paesaggistico di un eolico e un fotovoltaico mal impiantati per ragioni puramente speculative. Ma nel frattempo, negli ultimissimi tempi, sembra mutato in meglio lo “stato dell’arte” di quest’ultimo settore, nel quale ricerca e tecnologia applicata stanno facendo passi da gigante sul rendimento e sui prezzi. Sul tema, ecco la qualificata opinione dell’ing. Roberto Vacca, pioniere delle prospettive “futuribili” dell’energia e grande disegnatore di scenari possibili (NV).

Dopo i rapidi e notevoli aumenti del prezzo del petrolio a partire dagli anni Settanta, si associa quasi sempre a ogni considerazione su questioni energetiche la parola “crisi”. Continuano a essere citati disastri planetari visti come imminenti in base a dati incompleti e interpretati in modi erronei. Fra questi: il riscaldamento globale del pianeta attribuito al consumo eccessivo di carbone, petrolio e gas e l’esaurimento dei giacimenti petroliferi. L’avvenire del clima viene vaticinato usando modelli non validati, né validabili. La fine del petrolio è temuta da chi ignora che il livello delle riserve accertate continua a crescere, che l’origine dal petrolio non è biologica e che esistono giacimenti enormi a grande profondità.

Invece le tendenze attuali indicano che avremo energia abbondante, non inquinante, a basso prezzo. Assumerà importanza primaria il fotovoltaico. L’ ottimismo non è dovuto solo alla recente notevole crescita, ma al velocissimo aumento dei rendimenti che, in laboratorio, sono saliti molto oltre il 15% tipico delle celle di silicio cristallino che, appunto, trasformano in elettricità meno di un sesto dell’energia dei raggi solari. Il trend di questo progresso sembra avviato a continuare. I rendimenti di celle fotovoltaiche che concentrano la radiazione solare anche 100 volte, crescono rapidamente. Varie industrie e centri di ricerca [fra cui: le americane Spectrolab, Amonix, Solar Junction, la giapponese Sharp e l’università australiana del South Wales] hanno superato il rendimento del 44% con un costo che si stima possa scendere a poco più di 2 dollari per Watt installato (cui bisogna aggiungere i costi delle infrastrutture e dei convertitori da corrente continua in alternata).

Prezzo energia elettrica in Paesi Europei 2012

In Germania e in Italia costruttori e utenti hanno installato molto fotovoltaico. Conveniva perché interessanti incentivi statali andavano a chi lo adottava. Le risorse per questi aiuti sono state ottenute aumentando le tariffe agli altri utenti. Quindi il prezzo del kilowattora in Germania e in Italia è fra i più alti in Europa (vedi tabella accanto), ma non ha una correlazione significativa con la produzione industriale, né con l’andamento dell’economia in generale.

Ora gli incentivi diminuiscono e la crescita del fotovoltaico rallenterà. Però è stato superata una soglia importante: in Italia la potenza degli impianti per la generazione di energia eolici e fotovoltaici (24.500 megawatt) è maggiore di quella installata degli impianti idroelettrici (18.200 MW). Questi possono essere messi in funzione a piacere – in qualsiasi momento – senza vincoli. Gli eolici non danno energia se non c’è vento e i fotovoltaici non ne danno se non c’è il sole. La produzione di energia eolica più solare nel 2012 è stata di 32.269 gigawattora (GWh). Quella di energia idroelettrica è stata di 43.854 GWh. Al tasso di crescita attuale, il fotovoltaico supererà l’idroelettrico entro un paio d’anni.

L’energia solare è tanto abbondante che per soddisfare il fabbisogno mondiale, basterebbe trasformare in elettricità anche solo col rendimento dell’1% la radiazione solare che incide sui deserti. Perché, allora, non si risolvono tutti i problemi energetici sfruttando celle foto-voltaiche? Perchè le celle foto-voltaiche sono ancora costose e il loro rendimento è ancora basso.

Fonti rinnovabili. Energia prodotta in ItaliaIl costo per installare 1 kilowatt di potenza elettrica fotovoltaica è di 3.000 €. Quello per installare 1 kW idroelettrico o termoelettrico è poco più di 1.000 €. Alle nostre latitudini il sole trasmette a ogni m2 di superficie terrestre una potenza di circa 1.000 Watt. Le celle fotovoltaiche producono, quindi, circa 150 Watt/m2. Se coprono 1 km2 , producono 150 megawatt per 2.000 ore l’anno: cioè 300 gigawattora. Gli impianti termoelettrici italiani hanno una potenza di 80 gigawatt (equivalenti a 80 grandi centrali nucleari) e funzionano in media 2.700 ore l’anno producendo 220 TWh (terawattora = migliaia di gigawattora). Sostituendoli col fotovoltaico, si risparmierebbero gas e carbone. La potenza richiesta sarebbe di 110 GW [80 GW x (2700/2000)] e l’area occupata (con rendimento attuale del 15%) di 730 km2 sarebbe (circa il 2,4 per mille di quella del Paese): ingombrante, ma non impensabile. L’impresa richiederebbe un investimento di 330 miliardi di € solo per i pannelli fotovoltaici a cui vanno aggiunte le infrastrutture e i sistemi per immagazzinare l’energia (prodotta quando c’è il sole e utilizzata anche quando non c’è). a questo scopo si possono usare batterie e si può pompare l’acqua dai bacini bassi ai laghi e a nuovi invasi a quote alte degli Appennini e delle Alpi. Abbiamo già oltre 7 GW di impianti di pompaggio; ne andrebbero costruiti altri e andrebbero riprogrammate le attività industriali e civili per ripartire la potenza nel tempo.

Destinando al pompaggio la metà della potenza fotovoltaica, cioè 55 GW, il costo delle centrali necessarie sarebbe di 55 miliardi di euro. Valutando in 2 ore/giorno il tempo in cui la potenza fotovoltaica va immagazzinata, l’energia prodotta richiederebbe in alternativa 110 GWh di batterie al litio con un investimento di 55 miliardi di € [500 €/kWh] dello stesso ordine di quello per le centrali di pompaggio. Con batterie al sale (che paiono imminenti) l’investimento in batterie si ridurrebbe al 40%. Possiamo stimare, per ora. che l’investimento totale debba essere circa di: 400 miliardi di €: un sesto del PIL.

Se il rendimento del fotovoltaico arrivasse al 40%, l’area occupata sarebbe di 270 km2 (meno dell’1 per mille di quella del Paese) e si occuperebbero anche le aree liberate dagli impianti termoelettrici dismessi. Si può anche pensare, con maggior fantasia, a coprire la superficie dei bacini idroelettrici con zattere coperte da pannelli fotovoltaici. Ho fatto il conto sulle centrali abruzzesi di Provvidenza, S. Giacomo e Montoro (900 MW di potenza) alimentate dal lago di Campotosto (superficie di 10 km2). Con la tecnologia attuale, le celle sul lago produrrebbero 1,5 GW e con un rendimento del 40%, 4 GW – oltre 4 volte di più della potenza idroelettrica.

Il rendimento massimo teorico è η = 1–(T2/T1) = 1 – (293/6000) = 0,951, ove T2 è la temperatura ambiente (293°K = 20°C) e T1 (6000°K) è la temperatura della superficie solare. Il fisico inglese P.T. Landsberg ha dimostrato nel 1977 che il rendimento massimo teorico è del 93,3 %.

L’iniziativa più urgente è investire in ricerca e sviluppo per realizzare celle fotovoltaiche con rendimenti crescenti – a costi accettabili. La Commissione Europea dovrebbe indire gare e arruolare le aziende europee hitech. I governi dei 27 Paesi dell’Unione dovrebbero appoggiare energicamente questa impresa raggiungibile e risolutiva.
ROBERTO VACCA.

Etichette: , , , ,


Comments:
Sostenere che il "prezzo del kilowattora in Germania e in Italia è fra i più alti in Europa, ma non ha una correlazione significativa con la produzione industriale, né con l’andamento dell’economia in generale." ovvero che non ci sia una correlazione tra il costo di uno dei fattori produttivi (il principale per molte industrie energivore) e la competitività industriale mi sembra quantomeno azzardato. Anche mettere in uno stesso calderone Italia e Germania lo trovo poco corretto. Per il finanziamento delle cosiddette "rinnovabili" hanno seguito due strade diverse, come si evince dalla tabella, una facendo ricadere i costi su tutto il mercato l'altra discriminando e facendo pagare di più alle utenze domestiche e meno alle industrie. L'Italia inoltre partiva già, prima dell'introduzione delle rinnovabili, da un sistema in cui prevaleva una fonte costosa come il gas naturale, la Germania produce tuttora gran parte dell'elettricità (il 60% nel 2013) da fonti economiche come carbone e nucleare e quindi aveva margini molto più ampi dell'Italia per aumentare i costi.
 
Alcune osservazioni (e prego gli esperti di controllarle.)
Premessa: ho installato un impianto fotovoltaico sul tetto di casa nostra, in Germania a Monaco, lo scorso giugno.
Si tratta di un impianto con potenza di 4 kwp ed è costato 8000 euro, il che fa 2000 euro per kwp (meno dei 3000 indicati nell'articolo). Con l'energia che produciamo riusciamo a coprire il 40 - 45% dei nostri consumi, che è molto. Molti altri non ci riescono, magari semplicemente perchè non sono mai in casa quando c'è il sole. Il limite di un impianto di questo tipo è ovviamente che non è possibile immagazzinare l'energia prodotta ed utilizzarla quando il sole non c'è. O meglio, sarebbe possibile in teoria farlo ma ad un costo assolutamente proibitivo. Questo è quindi il limite del fotovoltaico e la ragione per cui,allo stato attuale delle cose, può essere considerata una fonte energetica complementare ma non alternativa. Se viene ben utilizzato, per esempio installandolo su edifici che funzionano durante le ore diurne (negozi, scuole, uffici, centri commerciali, case abitate nelle ore diurne) può fornire un utilissimo aiuto nel ridurre il consumo di elettricità fornita dalla rete elettrica. Ma, a mio avviso, non è corretto allo stato attuale ipotizzare che col fotovoltaico sia possibile sostituire le centrali elettriche (di qualunque tipo) che forniscono energia "on demand" ovvero quando serve.
 
Nella tabella è contemplato il carico fiscale, accise e balzelli vari? Perchè anche questo, che in Italia credo raggiunga o superi il 50% della bolletta, è importante nel calcolare i costi energetici.
 
O,268 euro per kilowattora è più il meno il prezzo attuale (IVA inclusa ) dell'energia elettrica in Germania per una utenza domestica, noi paghiamo 0,273 Euro a KWh. Siccome pago la bolletta in Germania confermo questo dato.
Poi la fonte Eurostat è certamente degna di fiducia.
 
Purtroppo i costi di manutenzione e smaltimento sono ancora troppo alti. E' proprio per questo che è giusto continuare ad investire nel fotovoltaico, affinché nascano nuove generazioni di prodotti ancor più efficienti!
 
Bè, c'è addirittura chi nell'investire ha creato intere case escosostenibili... chissà se costa davvero meno mantenerle

http://edeaimage.blogspot.it/2014/08/la-casa-rotante-ruota-tutto-lanno-per.html
 
Posta un commento



<< Home

This page is powered by Blogger. Isn't yours?