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Quel che resta del fotovoltaico

Qualche giorno fa, rapidamente, leggevo qualche articolo su giornalettismo (che non leggevo, purtroppo, da un po’) e mi sono soffermato su questo articolo, dove veniva presa in esame una tra le fonti di energia più discusse negli ultimi anni, ovvero il fotovoltaico. Purtroppo l’articolo, pur dando nell’idea centrale un buono spunto di riflessione, ha usato dati spesso mal interpretati, quando non sbagliati, così con il mio solito piglio saccente mi sono messo a riscriverlo secondo una prospettiva più corretta.

Cosa Consumiamo – La vostra casa probabilmente ha un contratto da 3.3 kWh e consumerà 1.2MWh l’anno. Un paese come l’Italia ha mediamente bisogno di 41.1 GW di potenza elettrica istantanea (dove di giorno abbiamo una media di 50GW e di notte di 28GW), i consumi complessivi nel 2007 sono stati di circa 360 000GWh. Ecco, iniziamo con il dire che di questi 360 TWh quasi 49TWh li importiamo (ed esportiamo 2.6 TWh), 12.5 TWh servono per far funzionare gli impianti di produzione, 7.6 TWh servono per immagazzinare energia (pompaggio) mentre quasi 21 TWh se ne vanno in perdite di rete. Alla fine dei conti, l’utente finale nel 2007 ha consumato quasi 319 TWh, le perdite di rete quindi corrispondono al 6.5% del consumo. L’agricoltura assorbe l’1.8% dei consumi, il domestico il 21%, il terziario il 28.3% e l’industria la fa da padrona con il 48.9%. Il fabbisogno di energia viene soddisfatto per il 48% dal gas naturale, il 13% dall’importazione, il 12% dal carbone, l’11% dalle centrali idroelettriche, il 6% dal petrolio e suoi derivati, il 2% dall’eolico. L’intero comparto del solare rappresenta lo 0.012% della domanda.

Cosa ci Arriva sulla Testa – Il Sole, fortuna nostra, emette costantemente una energia pari a 383 yottawatt, alla distanza a cui si trova la Terra arrivano dal sole 1367 watt per metro quadro. Però tale energia prima di arrivare sulla nostra pelle viene assorbita in parte dall’atmosfera e riflessa dalle nuvole, acque e ghiacci. L’insolazione media in Italia è pari a circa 200 watt per metro quadro. Tale valore è medio e considera già le variazioni dovute al ciclo giorno/notte, solstizio/equinozio, nuvoloso/sereno, mezzogiorno/tramonto. Ci sono due modi per produrre energia elettrica a partire dalla luce solare: usare il calore del Sole per scaldare l’acqua (solare termico), o usarlo per creare correnti elettriche tramite particolari dispositivi elettronici (solare fotovoltaico).

Il Fotovoltaico – Per sostituire tutta l’energia non rinnovabile che l’Italia usa (271TWh all’anno,  31GWh ) servirebbero 155 chilometri quadrati (usando un valore di 200 Wh per metro quadrato e una ipotetica efficienza del 100%). Ovviamente ci sarebbero alcuni limiti, dato che di notte i pannelli non fornirebbero energia e quindi servirebbero accumulatori o fisici (come il famoso pompaggio di cui abbiamo parlato all’inizio) o elettrici (come batterie o magari supercondensatori). Supponiamo però che non ci interessi rendere indipendenti tutti gli organismi consumatori, ma solo il consumo domestico. In questo caso, a fronte di un consumo nel 2007 di 67 TWh anno (che sono 7.67 GWh), avremmo bisogno di 38.5 chilometri quadrati di pannelli, ipotizzando ora una efficienza media del 10% sarebbero necessari 385 chilometri quadrati di pannelli solari per rendere indipendente tutto il consumo domestico. Se prendiamo i primi 100 (http://it.wikipedia.org/wiki/Primi_100_comuni_italiani_per_superficie) comuni italiani per superficie, e ipotizziamo che il 10% di tale superficie siano abitazioni, e che il 10% di tali abitazioni sia esposta al sole otterremmo 321 chilometri quadrati di spazio disponibile.

Il Rendimento Energetico – I pannelli fotovoltaici, come ogni altra macchina, non hanno certo un rendimento del 100%. I pannelli fotovoltaici funzionano sfruttando l’effetto fotoelettrico (fenomeno fisico per la cui interpretazione Einstein ricevette il nobel per la fisica), ovvero il processo per cui alcuni materiali se colpiti da una radiazione elettromagnetica ad una certa frequenza emettono degli elettroni. Attualmente, nonostante siano disponibili sul mercato anche pannelli che possono raggiungere il 20% di efficienza, le soluzioni con il migliore rapporto di costo/prestazioni ci portano a pannelli con efficienza del 10%. Attualmente la maggior parte delle celle solari in commercio sono basate sul silicio, monocristallino dove si cercano i rendimenti più elevati (comunque il rendimento massimo teorico è del 33%) oppure policristallino dove invece si vuole privilegiare la versatilità d’uso (il silicio policristallino è meno fragile e può essere adattato a qualsiasi superficie).

I Materiali e Le Tecnologie – Al contrario di quanto si possa pensare, se è pur vero che la stragrande maggioranza delle soluzioni fotovoltaiche si basano sul silicio mono- o policristallino, esistono già in commercio pannelli basati su fotopolimeri, panelli a film sottile (quelli dei satelliti, per intenderci) e ottimizzazioni dei classici pannelli al silicio. Le aree di ricerca non mancano di certo, ma è vero che allo stato attuale tali soluzioni (quelle alternative al silicio) non vedranno un ampliarsi dell’utilizzo commerciale prima di una decina di anni. Ad oggi l’unica tecnologia che potrebbe rivaleggiare con il silicio, nonostante i ridotti rendimenti (3-5%), sono proprio i polimeri fotoelettrici, per via dei costi di realizzazione molto più bassi, e del maggiore spettro di applicabilità (essendo i polimeri fotoelettrici adattabili ad ogni forma e la possibilità di essere resi anche trasparenti).

Il Solare Termico – L’altra possibilità offerta dal sole è quella del solare termico, ovvero un impianto che utilizzi l’energia del sole per riscaldare l’acqua di casa (anche in questo caso è necessario un sistema per conservare il calore durante la notte od i giorni nuvolosi). Purtroppo il solare termico, pur avendo efficienze maggiori della sua controparte fotovoltaica, è relegato all’ambito termico, ambito che è poco interessato dall’utilizzo di corrente elettrica (almeno nell’ambito domestico, dove il gas la fa da padrone nella generazione di calore).

In Conclusione – Dopo questa ri-analisi dei dati, un po’ di chiarezza (almeno per me) è stata fatta. Dal punto di vista prettamente realizzativo oggi è possibile mantenere l’intera richiesta energetica del settore domestico tramite il fotovoltaico. L’indipendenza del settore domestico, la riduzione delle perdite di sistema e la riduzione dell’inquinamento sarebbero tutte pesanti conseguenze di un passaggio al fotovoltaico.
Purtroppo però, anche nelle miglior condizioni, oggi il tempo di ritorno dell’investimento per il fotovoltaico è di almeno dieci anni, ed a meno di cali bruschi dei prezzi di produzione non si abbasserà di molto nel tempo a venire. Inoltre le considerazioni fino a qui fatte hanno riguardato solo il comparto domestico dei consumi, tralasciando l’industria che la fa da padrona e che ha esigenze molto differenti e variegate rispetto al domestico. Per quanto visto fino a qui, né oggi né nell’arco di cinque anni sarà pensabile sostituire completamente la produzione energetica italiana con il fotovoltaico, non solo per dei limiti sui costi, ma anche dal punto di vista tecnico.

E’ invece pensabile e possibile rendere l’utenza domestica completamente indipendente ed autonoma, e questo si è fattibile nell’arco dei prossimi cinque anni, con costi ed investimenti che saranno minori quanto di più grande portata sarà un eventuale piano.

Il fotovoltaico è una fetta del futuro che potrebbe già essere presente.

Link interessanti:
Costi del fotovoltaico
Il ritorno energetico