Energie rinnovabili: lo sviluppo del fotovoltaico in Italia
La tutela dell'ambiente è ormai una questione globale: il cambiamento climatico e l'inquinamento atmosferico e delle acque, spinti dai principali megatrend socioeconomici come l'industrializzazione, l'urbanizzazione e la crescita della popolazione mondiale, sono in continuo incremento.
Se consideriamo inoltre la forte dipendenza dell'Europa dai combustibili fossili, lo sviluppo delle fonti di energie rinnovabili risulta fondamentale, non solo in ottica di sostenibilità dell'impatto ambientale delle attività antropiche (riduzione delle emissioni di gas serra), ma anche in termini di minimizzazione del rischio di ricadute su competitività del sistema economico e sicurezza nell'approvvigionamento energetico.
Ad oggi, in Italia il 16% circa dell'energia elettrica generata proviene da fonti rinnovabili (per la grande parte idroelettrica). Il potenziale di sviluppo idroelettrico residuo è però esiguo, dunque, ulteriori sviluppi dovranno venire da altre fonti, come il solare fotovoltaico, l'eolico, le biomasse e la geotermia.
Il solare fotovoltaico permette di trasformare direttamente, senza l'ausilio di meccanismi in movimento (pale, rotori, turbine,…), l'energia solare in energia elettrica grazie alle proprietà di alcuni materiali semiconduttori, sottoposti a particolari trattamenti, quando vengono colpiti dalla radiazione solare (polarizzazione delle cariche elettriche con conseguente generazione di differenza di potenziale).
Il solare fotovoltaico si differenzia dunque sia dal solare termico (usato essenzialmente per il riscaldamento dell'acqua per uso domestico; si basa sulla conversione della radiazione solare in energia termica e sul suo trasferimento per esempio ad un fluido) che dal solare termodinamico (basato sul principio degli specchi di Archimede: vengono scaldati fluidi o sali fino a temperature comprese tra 300/500 C° per poi generare elettricità attraverso turbine – un esempio il progetto del premio Nobel C. Rubbia a Siracusa presso Priolo Gargallo).
Rispetto ad altre tecnologie di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, il solare fotovoltaico è caratterizzato da alcuni elementi distintivi che la rendono ideale per realizzare un modello di generazione distribuita; impianti che producono energia elettrica vicino all'utenza in grado di sopperire ai picchi di domanda generati dall'utenza stessa in corrispondenza ad esempio di discontinuità stagionali:
Se consideriamo inoltre la forte dipendenza dell'Europa dai combustibili fossili, lo sviluppo delle fonti di energie rinnovabili risulta fondamentale, non solo in ottica di sostenibilità dell'impatto ambientale delle attività antropiche (riduzione delle emissioni di gas serra), ma anche in termini di minimizzazione del rischio di ricadute su competitività del sistema economico e sicurezza nell'approvvigionamento energetico.
Ad oggi, in Italia il 16% circa dell'energia elettrica generata proviene da fonti rinnovabili (per la grande parte idroelettrica). Il potenziale di sviluppo idroelettrico residuo è però esiguo, dunque, ulteriori sviluppi dovranno venire da altre fonti, come il solare fotovoltaico, l'eolico, le biomasse e la geotermia.
Il solare fotovoltaico permette di trasformare direttamente, senza l'ausilio di meccanismi in movimento (pale, rotori, turbine,…), l'energia solare in energia elettrica grazie alle proprietà di alcuni materiali semiconduttori, sottoposti a particolari trattamenti, quando vengono colpiti dalla radiazione solare (polarizzazione delle cariche elettriche con conseguente generazione di differenza di potenziale).
Il solare fotovoltaico si differenzia dunque sia dal solare termico (usato essenzialmente per il riscaldamento dell'acqua per uso domestico; si basa sulla conversione della radiazione solare in energia termica e sul suo trasferimento per esempio ad un fluido) che dal solare termodinamico (basato sul principio degli specchi di Archimede: vengono scaldati fluidi o sali fino a temperature comprese tra 300/500 C° per poi generare elettricità attraverso turbine – un esempio il progetto del premio Nobel C. Rubbia a Siracusa presso Priolo Gargallo).
Rispetto ad altre tecnologie di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, il solare fotovoltaico è caratterizzato da alcuni elementi distintivi che la rendono ideale per realizzare un modello di generazione distribuita; impianti che producono energia elettrica vicino all'utenza in grado di sopperire ai picchi di domanda generati dall'utenza stessa in corrispondenza ad esempio di discontinuità stagionali:
- Modularità e versatilità tecnologica degli impianti. E' possibile rispondere alle esigenze di utenze sia isolate (off-grid) che connesse alla rete (on-grid);
- Impatto ambientale nullo in fase di esercizio (zero emissioni inquinanti o acustiche, nessuna necessità di approvvigionamento idrico,…);
- Alta affidabilità e ridotti costi di esercizio;
- Bassa manutenzione lungo tutta la vita operativa (circa 20 - 30 anni).
Costo di generazione energetica per fonte rinnovabile
Alla luce dell'impossibilità odierna di competere con il prezzo dei combustibili fossili tradizionali, risulta quindi inscindibile il legame tra produzione di energia elettrica attraverso tecnologia fotovoltaica ed incentivi governativi; basti pensare al caso dei sistemi di agevolazione/contributo messi in atto, ormai da anni, in Giappone, Germania e USA, che insieme rappresentano circa l'85% della capacità fotovoltaica istallata a livello mondiale.
E' stato proprio a causa della mancanza di analoghi sistemi di incentivo che in Italia, fino al 2004, il fotovoltaico ha avuto una crescita sostanzialmente "piatta" e poco significativa (CAGR di circa il 5%).
Come in Germania è stato introdotto nel 1991 il primo meccanismo di agevolazione (Electricity Feed Law) poi modificato nel 2000 con il Renewable Energy Source Act (ulteriormente rivisto nel 2004), così in Italia, oltre 10 anni più tardi, è stato introdotto nel 2004 il Conto Energia poi sostituito nel 2007 dal Nuovo Conto Energia.
Considerando che da quando in Italia è stato introdotto il Nuovo Conto Energia la capacità PV installata si è moltiplicata in meno di due anni di oltre 10 volte (capacità istallata ad Aprile 2007 pari a circa 26 MW, pari invece a 300 MW nel Gennaio 2009) e comparando inoltre il trend evolutivo del fotovoltaico in Germania a seguito dei meccanismi incentivanti, è possibile immaginare, dal 2007 al 2014 a livello Italia, una crescita del 67% (CAGR) della capacità fotovoltaica installata, arrivando quindi nel 2014 a circa 2,6 GW di potenza installata.
Ancor più di quello tedesco, il modello di incentivazione governativa in vigore in Italia è infatti uno dei più attrattivi a livello europeo sia in termini di importo dell'incentivo stesso (da 453 €/MWh a 580 €/MWh) che in termini di durata prevista di erogazione del contributo governativo (20 anni).
E' stato proprio a causa della mancanza di analoghi sistemi di incentivo che in Italia, fino al 2004, il fotovoltaico ha avuto una crescita sostanzialmente "piatta" e poco significativa (CAGR di circa il 5%).
Come in Germania è stato introdotto nel 1991 il primo meccanismo di agevolazione (Electricity Feed Law) poi modificato nel 2000 con il Renewable Energy Source Act (ulteriormente rivisto nel 2004), così in Italia, oltre 10 anni più tardi, è stato introdotto nel 2004 il Conto Energia poi sostituito nel 2007 dal Nuovo Conto Energia.
Considerando che da quando in Italia è stato introdotto il Nuovo Conto Energia la capacità PV installata si è moltiplicata in meno di due anni di oltre 10 volte (capacità istallata ad Aprile 2007 pari a circa 26 MW, pari invece a 300 MW nel Gennaio 2009) e comparando inoltre il trend evolutivo del fotovoltaico in Germania a seguito dei meccanismi incentivanti, è possibile immaginare, dal 2007 al 2014 a livello Italia, una crescita del 67% (CAGR) della capacità fotovoltaica installata, arrivando quindi nel 2014 a circa 2,6 GW di potenza installata.
Ancor più di quello tedesco, il modello di incentivazione governativa in vigore in Italia è infatti uno dei più attrattivi a livello europeo sia in termini di importo dell'incentivo stesso (da 453 €/MWh a 580 €/MWh) che in termini di durata prevista di erogazione del contributo governativo (20 anni).
Il modello italiano di incentivazione governativa è uno dei più attrattivi del panorama europeo
E' proprio grazie a durata ed importo del contributo incentivante garantito dal Nuovo Conto Energia che oggi in Italia l'investimento in produzione di energia fotovoltaica presenta indubbi vantaggi in termini di riduzione del rischio.
Se ad esempio consideriamo l'installazione in Sud Italia di un impianto fotovoltaico a terra di potenza pari a 1 MWp (circa 1.400 ore di produzione, tariffa incentivante pari a 0,36 € / KWh), i tempi di ritorno dell'investimento (orientativamente 4 EUR m) sono inferiori ai 10 anni contro una vita utile degli impianti di 20-25 anni.
Nella prospettiva di una riduzione graduale dei programmi di incentivazione (già attuati da alcune nazioni Europee e prospettati anche per l'Italia dal 2012), la sfida di breve-medio termine è dunque quella di portare la tecnologia fotovoltaica a livelli di competitività maggiore rispetto alle altre fonti di energia rinnovabile continuando a colmare progressivamente il gap di efficienza economica rispetto alla forme di produzione energetica da combustibile fossile.
E' per questa ragione che il futuro del fotovoltaico risulta intrinsecamente legato agli esiti della ricerca tecnologica: sia al miglioramento dell'efficienza (conversione della radiazione solare in energia elettrica) che alla riduzione dei costi di produzione per l'effetto volume, che potranno permettere la riduzione del costo complessivo dell'impianto (a parità di potenza installata).
Dalle prime applicazioni civili (anni '80) sono stati compiuti significativi passi in avanti; l'obiettivo è ora quello di raggiungere un costo dell’elettricità fotovoltaica compreso tra i 100-150 €/MWh nei prossimi 10 anni, solo così sarà possibile pensare ad un fotovoltaico non solo pulito ed inesauribile ma anche economicamente sostenibile (in assenza di contributi governativi).
In questo senso si inserisce l'ambizioso progetto che è stato presentato nel Luglio 2008 all’Euroscience Open Forum a Barcellona: un’immensa distesa di pannelli solari nel deserto del Sahara potrebbe permettere la produzione di una quantità di energia elettrica sufficiente per l'illuminazione dell'intera Europa. Sfruttando gli immensi spazi del deserto africano, e le favorevoli condizioni di irradiazione solare, Arnulf Jaeger-Walden dell’Istituto per l’Energia della Commissione Europea è convinto che: «basterà catturare lo 0,3% dell’energia solare che scalda il deserto del Sahara per sopperire ai nostri bisogni energetici». L'istallazione dovrebbe coprire un'area di circa 21.000 km2 che collegata attraverso una nuova rete di trasmissione a corrente continua dovrebbe permettere il trasporto energetico verso l'Europa minimizzando le perdite d’energia.
Per quanto riguarda l'Italia, oltre a considerazioni di natura strettamente economica, è necessario evidenziare due fondamentali aspetti: l’integrazione architettonica dei sistemi fotovoltaici nel tessuto edilizio esistente e gli sviluppi/prospettive della ricerca tecnologica.
L’integrazione architettonica
Il Professor Orio De Paoli, ricercatore e docente di Tecnologia dell'architettura presso il Politecnico di Torino, durante un'intervista con Roland Berger Strategy Consultants, spiega come "in particolare in Italia, data la ricchezza del tessuto architettonico e il pregio del paesaggio esistente risulta particolarmente complessa la realizzazione di impianti fotovoltaici in aree connotate da particolari qualità formali" e come, a questo proposito, "sia interessante prendere in considerazione la tecnologia a film sottile".
I moduli a film sottile, rispetto al silicio mono e policristallino in wafer (che ad oggi costituiscono oltre il 90% del mercato) grazie al loro ridottissimo spessore ed alla flessibilità del supporto possono essere facilmente integrati nell'edificio a cui dovranno essere applicati. Considerando inoltre la possibilità di realizzare film sottili semitrasparenti è possibile pensare ad un loro utilizzo, oltre che nelle usuali zone opache dell’edificio, anche in tutte le superfici trasparenti.
"Questo significa", continua il Professor De Paoli, "che gran parte delle superfici esposte di un edificio possono fungere da captatori fotovoltaici senza nessuna modifica alla geometria/immagine dell’edificio stesso".
Conclude De Paoli: "è possibile immaginare un futuro in cui il fotovoltaico sia maggiormente indipendente da logiche di produzione industriale di energia elettrica e più indirizzato verso la micro generazione energetica: una vera e capillare diffusione della tecnologia fotovoltaica può infatti avvenire solamente nel momento in cui questi sistemi di micro generazione verranno pensati e resi parte integrante della struttura degli edifici fin dalle prime fasi progettuali."
Gli sviluppi/prospettive della ricerca tecnologica
L'efficienza dei componenti più comuni per impianti fotovoltaici, i classici wafer in silicio policristallino, permettono ad oggi un'efficienza di trasformazione della radiazione solare in energia elettrica compresa tra il 6% ed il 16%: lo sforzo della ricerca tecnologica appare oggi focalizzato verso un incremento del fattore di conversione energia solare / energia elettrica.
Un approccio innovativo ed italiano (dipartimento di Fisica – Ferrara) all'alta efficienza è lo studio di speciali celle a concentrazione (sistema tricroico a concentrazione e separazione spettrale) capaci di separare la radiazione solare incidente nelle tre componenti di base (rosso, verde, blu) che, inviate su tre chip specializzati, permettono di sfruttare al meglio la relativa banda dello spettro solare. La sfida è quella di rendere possibile una produzione su larga scala di questi particolari chip e superare il vincolo tecnologico (che si traduce immediatamente in vincolo economico / di costo) legato all'utilizzo di metalli rari (germanio).
Ad oggi il mercato appare quindi ancora legato all'utilizzo del Silicio cristallino, e sebbene solamente il 1-2 % della potenza PV installata nel mondo sia legata a "nuove tecnologie", si prevede che fra 10 – 15 anni circa tale quota possa aumentare fino al 30/40%.
Sempre focalizzata al miglioramento dell'efficienza del pannello fotovoltaico risulta la ricerca del Rensselaer Polytechnic Institute (New Jearsey): un nuovo rivestimento antiriflesso che aumenta la capacità di assorbimento della luce solare da parte di un comune wafer di silicio dall'attuale 67% circa fino ad oltre il 96%. Il rivestimento, basato su nanotecnologie, permette di catturare la luce che un normale wafer in silicio perderebbe, attraverso particolari "rimbalzi" fotonici indotti dalla superficie nanotecnologica nella la luce incidente.
Paolo Massardi
Carlo Croso
Matteo Bravi
Roland Berger Strategy Consultants Italy
Se ad esempio consideriamo l'installazione in Sud Italia di un impianto fotovoltaico a terra di potenza pari a 1 MWp (circa 1.400 ore di produzione, tariffa incentivante pari a 0,36 € / KWh), i tempi di ritorno dell'investimento (orientativamente 4 EUR m) sono inferiori ai 10 anni contro una vita utile degli impianti di 20-25 anni.
Nella prospettiva di una riduzione graduale dei programmi di incentivazione (già attuati da alcune nazioni Europee e prospettati anche per l'Italia dal 2012), la sfida di breve-medio termine è dunque quella di portare la tecnologia fotovoltaica a livelli di competitività maggiore rispetto alle altre fonti di energia rinnovabile continuando a colmare progressivamente il gap di efficienza economica rispetto alla forme di produzione energetica da combustibile fossile.
E' per questa ragione che il futuro del fotovoltaico risulta intrinsecamente legato agli esiti della ricerca tecnologica: sia al miglioramento dell'efficienza (conversione della radiazione solare in energia elettrica) che alla riduzione dei costi di produzione per l'effetto volume, che potranno permettere la riduzione del costo complessivo dell'impianto (a parità di potenza installata).
Dalle prime applicazioni civili (anni '80) sono stati compiuti significativi passi in avanti; l'obiettivo è ora quello di raggiungere un costo dell’elettricità fotovoltaica compreso tra i 100-150 €/MWh nei prossimi 10 anni, solo così sarà possibile pensare ad un fotovoltaico non solo pulito ed inesauribile ma anche economicamente sostenibile (in assenza di contributi governativi).
In questo senso si inserisce l'ambizioso progetto che è stato presentato nel Luglio 2008 all’Euroscience Open Forum a Barcellona: un’immensa distesa di pannelli solari nel deserto del Sahara potrebbe permettere la produzione di una quantità di energia elettrica sufficiente per l'illuminazione dell'intera Europa. Sfruttando gli immensi spazi del deserto africano, e le favorevoli condizioni di irradiazione solare, Arnulf Jaeger-Walden dell’Istituto per l’Energia della Commissione Europea è convinto che: «basterà catturare lo 0,3% dell’energia solare che scalda il deserto del Sahara per sopperire ai nostri bisogni energetici». L'istallazione dovrebbe coprire un'area di circa 21.000 km2 che collegata attraverso una nuova rete di trasmissione a corrente continua dovrebbe permettere il trasporto energetico verso l'Europa minimizzando le perdite d’energia.
Per quanto riguarda l'Italia, oltre a considerazioni di natura strettamente economica, è necessario evidenziare due fondamentali aspetti: l’integrazione architettonica dei sistemi fotovoltaici nel tessuto edilizio esistente e gli sviluppi/prospettive della ricerca tecnologica.
L’integrazione architettonica
Il Professor Orio De Paoli, ricercatore e docente di Tecnologia dell'architettura presso il Politecnico di Torino, durante un'intervista con Roland Berger Strategy Consultants, spiega come "in particolare in Italia, data la ricchezza del tessuto architettonico e il pregio del paesaggio esistente risulta particolarmente complessa la realizzazione di impianti fotovoltaici in aree connotate da particolari qualità formali" e come, a questo proposito, "sia interessante prendere in considerazione la tecnologia a film sottile".
I moduli a film sottile, rispetto al silicio mono e policristallino in wafer (che ad oggi costituiscono oltre il 90% del mercato) grazie al loro ridottissimo spessore ed alla flessibilità del supporto possono essere facilmente integrati nell'edificio a cui dovranno essere applicati. Considerando inoltre la possibilità di realizzare film sottili semitrasparenti è possibile pensare ad un loro utilizzo, oltre che nelle usuali zone opache dell’edificio, anche in tutte le superfici trasparenti.
"Questo significa", continua il Professor De Paoli, "che gran parte delle superfici esposte di un edificio possono fungere da captatori fotovoltaici senza nessuna modifica alla geometria/immagine dell’edificio stesso".
Conclude De Paoli: "è possibile immaginare un futuro in cui il fotovoltaico sia maggiormente indipendente da logiche di produzione industriale di energia elettrica e più indirizzato verso la micro generazione energetica: una vera e capillare diffusione della tecnologia fotovoltaica può infatti avvenire solamente nel momento in cui questi sistemi di micro generazione verranno pensati e resi parte integrante della struttura degli edifici fin dalle prime fasi progettuali."
Gli sviluppi/prospettive della ricerca tecnologica
L'efficienza dei componenti più comuni per impianti fotovoltaici, i classici wafer in silicio policristallino, permettono ad oggi un'efficienza di trasformazione della radiazione solare in energia elettrica compresa tra il 6% ed il 16%: lo sforzo della ricerca tecnologica appare oggi focalizzato verso un incremento del fattore di conversione energia solare / energia elettrica.
Un approccio innovativo ed italiano (dipartimento di Fisica – Ferrara) all'alta efficienza è lo studio di speciali celle a concentrazione (sistema tricroico a concentrazione e separazione spettrale) capaci di separare la radiazione solare incidente nelle tre componenti di base (rosso, verde, blu) che, inviate su tre chip specializzati, permettono di sfruttare al meglio la relativa banda dello spettro solare. La sfida è quella di rendere possibile una produzione su larga scala di questi particolari chip e superare il vincolo tecnologico (che si traduce immediatamente in vincolo economico / di costo) legato all'utilizzo di metalli rari (germanio).
Ad oggi il mercato appare quindi ancora legato all'utilizzo del Silicio cristallino, e sebbene solamente il 1-2 % della potenza PV installata nel mondo sia legata a "nuove tecnologie", si prevede che fra 10 – 15 anni circa tale quota possa aumentare fino al 30/40%.
Sempre focalizzata al miglioramento dell'efficienza del pannello fotovoltaico risulta la ricerca del Rensselaer Polytechnic Institute (New Jearsey): un nuovo rivestimento antiriflesso che aumenta la capacità di assorbimento della luce solare da parte di un comune wafer di silicio dall'attuale 67% circa fino ad oltre il 96%. Il rivestimento, basato su nanotecnologie, permette di catturare la luce che un normale wafer in silicio perderebbe, attraverso particolari "rimbalzi" fotonici indotti dalla superficie nanotecnologica nella la luce incidente.
Paolo Massardi
Carlo Croso
Matteo Bravi
Roland Berger Strategy Consultants Italy
More news
- up ↑
- Un nuovo modello nella vendita e distribuzione dell'automobile per guardare oltre la crisi
- Carte di credito: l'innovazione in ritardo
- Energie rinnovabili: lo sviluppo del fotovoltaico in Italia
- I covenant industriali: la chiave di un successo condiviso dei piani di risanamento aziendali
- L'ottimizzazione del Capitale Circolante: un'arma in più contro la crisi
- down ↓