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La produzione di energia e il
risparmio di combustibile
La
quantità di energia prodotta da un impianto
fotovoltaico di taglia assegnata dipende
fortemente dalle condizioni climatiche
(essenzialmente irraggiamento e temperatura)
della località in cui esso è installato. In
pratica la potenzialità energetica di una certa
località viene espressa per mezzo
dell'insolazione media annua, che fornisce la
quantità di energia solare che nell'arco di un
anno incide su una superficie di 1 m². Questa
grandezza viene di solito misurata in "ore
annue di insolazione equivalente": queste
rappresentano il numero di ore di insolazione
nell'arco dell'anno riportate alla condizione di
irraggiamento nominale (1000 W/m²). Questa
unità di misura è particolarmente comoda
perchè, nota la potenza nominale dell'impianto,
essa consente di calcolare immediatamente
l'energia che esso è in grado di produrre.
Per esempio nell'Italia meridionale si misurano
1800 ore equivalenti di insolazione all'anno;
ciò significa che un impianto fotovoltaico della
potenza nominale di 1 kW è potenzialmente in
grado di produrre 1800 kWh all'anno. In realtà
occorre tener conto del fatto che la potenza
effettiva ai morsetti dell'impianto è sempre
inferiore alla sua potenza nominale, a causa
delle perdite dovute al surriscaldamento dei
moduli, ai collegamenti serie/parallelo e,
infine, al rendimento del sistema di
condizionamento della potenza. Tipicamente, la
potenza di un impianto fotovoltaico è circa
l'80-85% di quella nominale: di conseguenza la
producibilità effettiva di un impianto da 1 kW
è di circa 1500 kWh/anno. Questo numero consente
di valutare immediatamente il risparmio di
combustibili fossili ottenibile per mezzo di un
impianto fotovoltaico. A questo scopo basta
conoscere la vita media dell'impianto, valutabile
in circa 25 anni, ed il cosiddetto "Energy
Pay-Back Time - EPBT",
cioè il tempo necessario perchè l'impianto
produca l'energia spesa per la sua costruzione,
valutato oggi in circa 5 anni. Note queste
grandezze, l'energia netta prodotta dall'impianto
può essere calcolata moltiplicando la produzione
annua di energia per la "vita efficace"
dell'impianto e cioè 25 - 5 = 20 anni.
Nel caso in esame risulta, pertanto, che un
impianto da 1 kW produce, nell'arco della propria
vita efficace 1.500 x 20 = 30.000 kWh. Dato che
per produrre1 kW elettrico occorre bruciare circa
0,25 kg di combustibile fossile, il risparmio
complessivo risulta di 30.000 x 0,25 = 7.500 kg
di combustibile ovvero 7.5 tep.
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I
costi e i benefici nascosti
Fra tutti i
fattori che determinano il grado di penetrazione
del fotovoltaico nel mercato energetico, il costo
degli impianti e dell'energia che essi producono
è senz'altro uno dei più importanti, se non il
più importante addirittura. Infatti, dal punto
di vista dell'utente che può scegliere fra
diverse fonti di energia, sia convenzionali, sia
rinnovabili, una buona parte dei vantaggi
indiretti offerti dal fotovoltaico - per esempio,
il carattere "nazionale" della fonte e
il suo ridottissimo impatto ambientale - appaiono
come elementi secondari rispetto al problema
centrale del costo.
Sotto questo aspetto, il fotovoltaico appare
addirittura penalizzato rispetto alle fonti
convenzionali: infatti, in assenza di adatti
incentivi pubblici capaci di monetizzare a
vantaggio dell'utente i vantaggi sociali offerti
dalla tecnologia, il fotovoltaico si trova a
dover competere con tecnologie, come quelle del
carbone, del petrolio o del nucleare, le quali,
pur essendo assai più onerose in termini di
costi sociali, non addebitano tali costi
all'utente, ma di fatto, tacitamente li scaricano
sulla collettività.
Il problema è estremamente importante ed è
stato analizzato in modo approfondito in uno
studio eseguito dal Fraunhover Gesellschaft -
Institut fur Solarenergiesysteme (FhG-ISE) di
Friburg, per conto dell'Unione Europea.
Il lavoro del FhG-ISE fa riferimento alla
situazione sistente nella Germania Federale nel
1984 e prende in considerazione la produzione di
impianti termoelettrici, convenzionali o
nucleari. Le conclusioni dello studio dimostrano
che, anche utilizzando i criteri di valutazione
molto prudenziali, i costi sociali medi associati
all'uso di combustibili fossili sono dell'ordine
di 0,07 DM/kWh, mentre quelli associati al
nucleare sono di 0,15 DM/kWh. In lire Italiane
correnti (1995) ciò significa che queste
tecnologie sono gravate di un costo
"nascosto", pagato - spesso
inconsapevolmente - dalla collettività di circa
80 Lit/kWh in un caso e di circa 180 Lit/kWh
nell'altro: ciò equivale a raddoppiare il costo
sostenuto dall'utente per godere dell'energia
elettrica.
Il
costo del chilowattora fotovoltaico
Il costo dell'energia prodotta da un impianto
fotovoltaico può essere calcolato con la stessa
metodologia usata nel caso degli impianti
convenzionali. Secondo il metodo comunemente
adottato dalle Aziende elettriche, il costo
dell'energia viene diviso in due parti: un costo
fisso, dovuto all'investimento iniziale
necessario per la costruzione dell'impianto, ed
un costo variabile, dovuto alle spese per il
funzionamento e la manutenzione dell'impianto. I
costi variabili includono di solito le spese per
il personale, il combustibile e le parti di
ricambio; nel caso del fotovoltaico,
naturalmente, la voce combustibile è assente.
In formule si può scrivere:
Costo kWh = ( A x I + E ) /
N
in cui
A = Fattore di
attualizzazione dell'investimento
I = Costo
dell'investimento
E = Costo di
esercizio e manutenzione
N = Numero di kWh
prodotti dall'impianto in un anno.
Il fattore A dipende dalla durata dell'impianto -
di solito stimata in 25 anni - e dal tasso di
interesse reale - cioè depurato del tasso di
inflazione - posto tipicamente pari al 5%.
Sia i costi di investimento, sia i quelli di
esercizio e manutenzione dipendono fortemente
dalla taglia dell'impianto, dal tipo di
applicazione per cui esso è costruito e dalla
località in cui esso è installato: per
calcolare, quindi, il costo del kWh prodotto da
grandi centrali fotovoltaiche connesse con la
rete non è quindi possibile fare riferimento ai
piccoli impianti per applicazioni isolate, ma
occorre prendere in considerazione impianti
simili di grande taglia del tipo che, a scopo
sperimentale e dimostrativo, sono stati
realizzati in tutto il mondo e, specialmente,
negli Stati Uniti.
Tuttavia, dato il numero limitato di esempi di
riferimento, la stima dei costi contiene ampi
margini di incertezza. Attualmente, secondo l'esperienzza americana, il costo complessivo di
realizzazione di una centrale può essere stimato
in circa 11MLit/kW. Questo costo è dovuto, per
circa il 60% al costo dei moduli, pari dunque a
6,5 - 7,0 MLit/kW e, per la parte rimanente -
circa 4 MLit/kW - al costo degli altri componenti
del sistema e al costo di installazione.
Quanto ai costi di gestione, l'esperienza delle
grandi centrali della California, mostra che essi
possono essere contenuti entro limiti molto
bassi, inferiori a 5 Lit/kWh.
Se si assume una produzione annua di energia di
1.500 kWh per ogni kW di potenza installata, la
formula precedente fornisce un costo dell'energia
di circa 500 Lit/kWh. Questo costo, ovviamente,
va considerato come un valore limite, valido per
gli impianti di grande taglia - superiore a 1 MW
- costruiti in maniera tale da ottimizzare il
rapporto costo / prestazioni e installati in
località di facile accesso.
Attualmente questo costo è ancora lontano dalla
competitività che, oggi, tenendo conto dei costi
sociali delle fonti convenzionali, può essere
posta tra 150 e 180 Lit/kWh: perchè il
fotovoltaico possa quindi essere convenientemente
usato per la produzione di energia su grande
scala, occorre ridurre i costi della tecnologia
di circa un fattore 3.
 La riduzione del
costo dovrà interessare tutti i componenti del
sistema.
Per quanto riguarda le parti non propriamente
fotovoltaiche dell'impianto - inverter, strutture
meccaniche di sostegno, ecc. - non appaiono
possibili particolari innovazioni tecnologiche:
una buona parte della riduzione potrà provenire
dalle economie di scala legate all'aumento dei
volumi di produzione.
Diversa appare la situazione per quanto riguarda
i moduli: la riduzione di costo, in questo caso,
sembra possibile solo a fronte di tecnologie
innovative ("break-through
tecnologico") relative sia ai materiali, sia
ai processi di fabbricazione; questi ultimi, in
particolare, dovranno svilupparsi nel senso della
più completa automazione, anche per andare
incontro alle esigenze di "qualità
totale" implicite nella produzione di parti
ad elevatissima tecnologia, per le quali la resa
massima costituisce un fattore di importanza
vitale.
Inoltre appare prevedibile che, grazie
all'introduzione coronata dal successo della
tecnologia dei film sottili, la riduzione di
costo possa avvenire ad un passo ancora più
spedito di quanto non sia successo finora.
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