Fotovoltaico: imminente energia dell’avvenire – di Roberto Vacca

Su gentile concessione dell’autore Roberto Vacca abbiamo il piacere di pubblicare integralmente l’articolo dal titolo “Fotovoltaico: imminente energia dell’avvenire” del 2/11/2013.

Roberto Vacca

Ing. Roberto Vacca, famoso scrittore, divulgatore scientifico, saggista e matematico

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 del 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).

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 in fondo), 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 stata 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.

Il 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 = 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.

Tabelle

Paese
€/kWh usi domestici
€/kWh usi industriali
Media EU27
0,197
0,118
Danimarca
0,297
0,099
Germania
0,268
0,130
Italia
0,230
0,199
Francia
0,145
0,079
Romania
0,108
0,014
Prezzo energia elettrica in alcuni Paesi europei (2012) – Fonte: EUROSTAT
 

Anno

Fotovoltaico

Eolico

Fotovolt + eolico

Idroelettrico

2007

39 GWh

4034 GWh

4073 GWh

38481 GWh

2008

193

4861

5054

47227

2009

676

6543

7219

53443

2010

1905

9127

11032

54407

2011

10795

9857

20652

47767

2012

18862

13407

32269

43854

Energia prodotta in Italia da fonti rinnovabili – Fonte: TERNA
 
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© Roberto Vacca, http://www.robertovacca.com, Tutti i diritti riservati.

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