Il SOLARE FOTOVOLTAICO

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Miranda Scarpa
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1 Il SOLARE FOTOVOLTAICO Ogni giorno il sole invia sulla terra una quantità di energia pari a volte il consumo mondiale di energia da parte dell'uomo. La terra e i suoi abitanti usano l'energia del sole in molti modi diversi: tutti la utilizziamo per scaldarci, le piante sfruttano i raggi luminosi per svolgere la sintesi clorofilliana, e l'uomo, grazie ai pannelli fotovoltaici, ha imparato anche a trasformare l'energia del sole direttamente in energia elettrica. 1

La terra e i suoi abitanti usano l'energia del sole in molti modi diversi: tutti la utilizziamo per scaldarci, le

2 SOLARE FOTOVOLTAICO Si basa sulla proprietà che hanno alcuni materiali, detti "semiconduttori" che opportunamente trattali generano energia elettrica quando vengono esposti alle radiazioni solari. COME NASCE IL FOTOVOLTAICO? La prima applicazione commerciale dell'energia solare risale al 1954, ma fino agli anni '70 i costi di produzione delle celle fotovoltaiche erano così elevati che l'unica applicazione fu l'alimentazione dei satelliti artificiali. Solo verso la metà degli anni '70 si iniziò ad usare l'energia del sole sulla terra per produrre elettricità, per esempio nell'illuminazione delle boe in mare e nell'elettrificazione di villaggi non collegati a una rete elettrica. 2

La prima applicazione commerciale dell'energia solare risale al 1954, ma fino agli anni '70 i costi di produzione delle celle fotovoltaiche erano così elevati che l'unica

3 DA COSA È COSTITUITO E COME FUNZIONA UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO? La Cella fotovoltaica (dispositivo base) è costituita da una piccola lastra di materiale semiconduttore (generalmente silicio) che opportunamente trattata, genera una piccola differenza di potenziale tra la superfìcie superiore (negativa) e inferiore (positiva), ogni singola cella produce circa 1.5 Watt di potenza ad una temperatura standard di 25 C. La radiazione solare incidente sulla cella è in grado di mettere in movimento gli elettroni interni al materiale, che quindi si spostano dalla faccia negativa a quella positiva, generando una corrente continua. Una comune cella di silicio ha una forma quadrata di 10 cm X 10 cm. Le celle vengono connesse tra loro e incapsulate in maniera da formare delle superfici più grandi: i moduli, essi sono costituiti da circa 36 celle poste in serie che consentono di produrre una potenza di 50Watt. L'energia prodotta dal modulo viene trasferita in appositi dispositivi in grado di adattare la corrente e di trasformarla in corrente alternata per uso domestico. I moduli a loro volta vengono connessi fra loro a formare il generatore fotovoltaico, in grado di generare potenze più consistenti. L'energia elettrica prodotta dal generatore fotovoltaico durante le ore del giorno deve essere accumulata per poi poter essere utilizzata nelle ore notturne. Gli impianti fotovoltaici si distinguono in due categorie principali, a seconda del tipo di accumulo utilizzato: 1. Impianti fotovoltaici ad isola. Sono gli impianti fotovoltaici dove non è presente la rete elettrica e l'accumulo si effettua tramite l'utilizzo di batterie. 2. Impianti fotovoltaici in rete. Sono gli impianti fotovoltaici situati in zone urbane dove la corrente continua prodotta viene convertita in corrente alternata e viene immessa nella rete elettrica, per poi venire prelevata nel momento del bisogno. In questo caso è la rete stessa che funziona da 3

tra la superfìcie superiore (negativa) e inferiore (positiva), ogni singola cella produce circa 1.5 Watt di potenza ad una temperatura standard di 25 C.

4 accumulatore SVILUPPI DI MERCATO IN ITALIA Il fotovoltaico appare, almeno nel lungo periodo, tra le più promettenti tecnologie "rinnovabili". Il Piano Energetico Nazionale (PEN) del 1988, nell'intento di diversificare le fonti di produzione e di ridurre la percentuale di energia importata, attribuiva al FV un ruolo rilevante nell'ambito delle fonti rinnovabili definendo diverse azioni per il suo sviluppo. Per quanto riguarda le applicazioni energetiche dei sistemi FV, al fine di valutare sul campo la loro fattibilità tecnica ed economica, era stato fissato l'ambizioso obiettivo di impianti per complessivi 25 MW installati entro il Pur se tale obiettivo non è stato raggiunto, sono attualmente installati sul nostro territorio ben 14 MW, che pongono l'italia al primo posto tra i paesi europei. I principali operatori del settore sono l'università, l'enea (che svolge ricerca sia sui materiali che sui sistemi), l'enel (ricerca sui sistemi ed applicazioni su larga scala) e l'industria. Al fine di incoraggiare ed accelerare la diffusione del FV (e delle altre fonti di energia rinnovabile) è in vigore, in Italia, un sistema di regolamenti e sussidi. Già la legge 9 del 1991, consentiva agli investitori privati di produrre energia da fonti rinnovabili e di immetterla nella rete elettrica nazionale. Esiste oggi il programma "10000 Tetti fotovoltaici", promosso dal Ministero dell'ambiente e dal Ministero dell'industria, del Commercio e dell'artigianato. Il Programma pluriennale si propone la diffusione della tecnologia fotovoltaica mediante l'erogazione di contributi pubblici per la realizzazione di impianti fotovoltaici di piccola potenza (tra 1 e 50 kw) collegati alla rete elettrica e preferibilmente integrati nelle strutture edili, come tetti, terrazze, facciate, elementi di arredo urbano, ecc... La prima fase prevede l'erogazione di contributi in conto capitale, nella misura massima del 75% del costo di investimento (IVA esclusa) dell'impianto. NEL MONDO Il mercato mondiale del fotovoltaico nel 1997 ha visto un incremento del 42 % rispetto all anno precedente. Si è trattato della maggiore crescita registrata nel settore da oltre 15 anni. I 126 MWp di celle fotovoltaiche vendute nel 1997 hanno permesso di raggiungere una potenza installata complessiva pari a 800 Mwp. 4

delle fonti rinnovabili definendo diverse azioni per il suo sviluppo.

5 LIMITI E PROSPETTIVE Abbiamo visto che i pannelli fotovoltaici vengono utilizzati prevalentemente per alimentare dispositivi distanti dalle reti elettriche (sonde spaziali, ripetitori telefonici in alta montagna, ecc) o con richieste energetiche talmente ridotte che un allacciamento alla rete elettrica risulterebbe antieconomico (segnaletica stradale luminosa, parchimetri, ecc) e sconveniente dal punto di vista organizzativo. Questi dispositivi devono essere dotati di accumulatori in grado di assorbire la corrente elettrica prodotta in eccesso durante la giornata per rifornire le apparecchiature durante le ore notturne e durante i periodi nuvolosi. La quantità d energia erogata è tuttavia variabile e difficilmente prevedibile. Si tratta di impianti intermittenti che forniscono energia in modo discontinuo, essendo però il picco di produzione degli impianti ad energia solare in estate, esso riesce a controbilanciare la maggiore domanda domestica dovuta ai condizionatori. I limiti principali allo sviluppo degli impianti fotovoltaici risiedono innanzitutto nell'alto costo degli impianti stessi e di conseguenza dell'energia prodotta. La tecnologia del silicio cristallino ha il limite maggiore nel costo minimo raggiungibile (Il valore finale in Italia può variare fra 0.3 e 0.5 Euro/kWh)]. Anche la ricerca sul silicio amorfo ha dato risultati inferiori alle aspettative, mentre risultati migliori sono stati ottenuti, in via sperimentale su diversi altri materiali (diseleniuro di indio e rame CiS, tellururo di cadmio, ecc.) che però pongono quesiti sulla disponibilità delle materie prime in larga scala. Un altro aspetto che fa sorgere molti dubbi sulla realizzazione del passaggio ad un sistema di produzione elettrica basato interamente sul fotovoltaico riguarda la disponibilità di materie prime per realizzare i moduli fotovoltaici in grande scala, tra cui il rame, la cui disponibilità non sarebbe sufficiente ad una tale impresa. Molte speranze si possono però ragionevolmente riporre nel fotovoltaico, se integrato con gli altri sistemi di energia rinnovabile, nella sostituzione graduale delle energie fossili, in via di esaurimento. Una caratteristica che potrebbe giustificare la preferenza dei pannelli fotovoltaici a quelli a liquido refrigerante potrebbe essere la seguente: I pannelli fotovoltaici producono direttamente energia elettrica e non calore. La trasformazione da energia elettrica a calore è facile, ha alti rendimenti, assimilabili al 100%, può avvenire con mezzi semplici (serpentine) e poco costosi a differenza dell operazione invesa. L energia elettrica dai pannelli solari non può essere prodotta perché la temperatura a cui agiscono è troppo bassa 5

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