Energia Fotovoltaica

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1 Energia Fotovoltaica Sviluppi tecnici e innovazione, effetti sulla competitività Il contributo dell ENEA Carlo Privato Coordinatore Attività di Ricerca Industriale FV&Solare Convegno «Verso una maggiore competitività del settore fotovoltaico nell edilizia» SOLAREXPO Verona, 10 maggio

2 Perché puntare allo sviluppo delle FER Effetto serra Bolletta energetica: Italia 2011: 61,9 miliardi nel (il 3,9% del PIL) di cui 34,9 per il petrolio 2010: 53,0 miliardi nel (il 3,5% del PIL) di cui 28,5 per il petrolio 2

3 Produzione mondiale di celle FV MW China/Taiwan ROW USA Europa Giappone Andamento della produzione ripartita per aree geografiche Produzione 2011: 28,5 30 GW (+19 25%) Area Giappone 2008 vs ,6% 2009 vs ,8% 2010 vs ,2% Europa USA +78,4% +52,0% +0,8% +41,7% +62,7% +91,1% Si cristallino 86% ROW (Cina, Taiwan, Corea, ecc.) +134,2% +97,3% +161,0% Totale +86,9% +54,3% +123,1% CIGS/CIS 3% CdTe 7% Si am./microcr. 4% La tecnologia del silicio cristallino domina il mercato FV 3

4 Il crollo dei prezzi Prezzo per W 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 Stati Uniti ($) Europa ( ) 2,00 01/01/ /01/1900 Dicembre 07/01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /04/1900 Marzo 06/04/ Miglior Prezzo (Marzo 2012) Film Sottili 0,84 $/W (0,62 /W) Si Policristallino 1,06 $/W (0,78 /W) Si Monocristallino 1,1 $/W (0,81 /W) Andamento del prezzo medio al dettaglio dei moduli fotovoltaici sul mercato statunitense ed europeo Fonte: aprile 2010 Il costo dei moduli costituisce il 40-50% del costo di un impianto FV installato 4

5 Il dominio del silicio cristallino Investimenti in grandi unità produttive in Oriente grazie alla disponibilità di capitali a basso costo Economie di scala MW First Solar (US DE Malaysia) Suntech Power (China) Yingli Green Energy (China) Trina Solar (China) Canadian Solar (China) Sharp (Japan) Hanwa SolarOne (China) Jinko Solar (China) LDK Solar (China) SolarWorld (Germany) cs icdte as i 2001 Primi 10 grandi produttori nel 2011 (12,5 GW pari al 44% del totale) 5

6 Il dominio del silicio cristallino MW Capacità produttiva mondiale di moduli FV (EPIA) Film sottili Silicio cristallino 10% 90% produzione effettiva domanda 9% 91% produzione effettiva domanda 0 Produzione (migliaia t) produzione prezzi Prezzi ($/kg) Aumento della produzione e diminuzione del prezzo della materia prima polisilicio

7 Il dominio del silicio cristallino Ruolo dei miglioramenti tecnologici: distribuzione del rendimento delle produzioni di c Si Fonte: Potenzialità di miglioramento dei prodotti commerciali Tecnologia Silicio monocr. Silicio multicr. CIGS - Film sottile CdTe - Film sottile Si - Film sottile Efficienza record (Laboratorio) 25% (UNSW, Australia) 20,4% (FhG-ISE, Germania) 19,6% (NREL, USA) 16,7% (NREL, USA) 12,5% (Unisolar, USA) Miglior eff. commerciale (Azienda) 20,4% (SunPower) 16,7% Trina Solar 14,5% Miasolé 11,8% First Solar 9,8% Kaneka R= Miglior eff. comm. /Eff. record 20,4/25 = 82% 16,7/20,4 = 82% 14,5/19,6 = 74% 11,8/16,7 = 71% 9,8/12,5 = 78% 7

8 Costi di produzione, prezzi e margini di profitto 1,6 $/W 1,4 Costi Margini 1,2 1 0,8 0,6 0,4 Efficienza 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% Costi e margini definiscono il prezzo medio di vendita nel 2011 per le varie tecnologie Fonte: Prometeus Inst., ,2 0 Multicrist. CdTe CIGS asi 2% 0% Previsione andamento del prezzo medio di vendita per la tecnologia del multicristallino 1,4 /W 1,2 1 0,8 0,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 $/W 0, ,4

9 Competitività del fotovoltaico (0,35 0,25 0,15 0, Produzione annuale (kwh/kw) 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 Per la piena competitività del fotovoltaico: sviluppo dell accumulo elettrico per consentire l autoconsumo costi di impianto inferiori a 2 /W Costo energia elettrica per un utenza familiare Prezzo unico nazionale stabilito dalla Autority per l energia elettrica 9 Costo energia prodotta ($/kwh /kwh) Oslo Amsterdam Londra Berlino Bordeaux Milano Ankara Roma Napoli Atene Palermo Siviglia San Francisco Rabat Siracusa Cairo Los Angeles Sharm El Sheikh Marzuq (Libia) Tuliab (Libia) Sana'a (Yemen) Costo Sistema FV ($/W /W)

10 Linee strategiche per il fotovoltaico italiano Sviluppo di prodotti high tech: adeguamenti tecnologici per aumentare l efficienza e ridurre i costi componenti dedicati all integrazione in edilizia componenti con funzioni aggiuntive 10

11 Potenzialità del fotovoltaico in edilizia Disponibilità tetti adatti all installazione di impianti Disponibilità facciate adatte all installazione di impianti Produzione potenziale del FV integrato sfruttando appieno il patrimonio edile italiano V Conto Energia favorisce gli impianti per l edilizial 410 km 2 edilizia residenziale 353 km 2 edilizia industriale 286 km 2 Fonte: IEA 126 TWh/anno Tariffa omnicomprensiva ( /MWh) - I semestre di applicazione Potenza (kw) 1 P 3 3< P 20 20< P < P < P 5000 P > 5000 Impianti su edifici Impianti integrati Altri impianti

12 Prodotti per l edilizia: l trasparenti 12

13 Prodotti per l edilizia: l flessibili 13

14 Prodotti per l edilizia: l tegole e frangisole 14

15 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici Celle micromorfe a base di film sottili di silicio: migliorare l intrappolamento l della radiazione solare EQE Wavelength (nm) n µc-si:h n SiO x :H Sviluppo di strati n SiOx:H altamente trasparenti che sono stati utilizzati come strati riflettori intermedi e posteriori nei dispositivi micromorfi 14 EQE (a) n µc-si:h, 35nm n SiOx:H, 35 nm n SiOx:H, 45 nm n SiOx:H, 65 nm Wavelength (nm) glass asi µcsi p i n p i n No IL Ag No ZnO J SC (ma/cm 2 ) Voc= 1.3 V Jsc=12.1 ma/cm2 FF= 71.9% η= 11.3% Voltage (V) Cella tandem micromorfa semplificata (senza riflettori intermedi e posteriori). Lo spessore degli strati assorbitori è circa 1.7 µm 15

16 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici Sviluppo di elettrodi frontali di ZnO depositati con tecnica MOCVD capaci di efficace intrappolamento della radiazione nei dispositivi a film sottili di silicio η =11.6% ZnO con struttura piramidale substrato ENEA substrato commerciale J (ma/cm 2 ) Quantm Efficiency Wavelength (nm) Voltage (V) Il substrato con lo ZnO sviluppato in ENEA ha una risposta nell infrarosso migliore rispetto a quello commerciale 500 nm ZnO con doppia testurizzazione Sviluppo di ZnO mediante tecnica sol gel 16

17 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici Supporto tecnico alle aziende Moncada Solar Equipment (Sicilia) Supporto allo sviluppo di substrati trasparenti e conduttivi per la propria produzione di moduli a singola giunzione di silicio amorfo da 5,7 m 2 Kaneka (Giappone) Test di producibilità di impianti per l integrazione sui tetti 17

18 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici FV di III generazione Sviluppo di celle organiche a base di materiali polimerici Light e - Geometria dispositivo Materiale organico attivo : miscela politiofene/fullerene 18

19 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici Sviluppo di celle organiche a base di materiali polimerici Glove box operante in atmosfera di azoto Area= 0.34 cm 2 Eff= 4.1 % FF= 57 % Jsc= 11.8 ma/cm 2 Voc= 614 mv Rs= 11 Ohm*cm 2 Rsh= 918 Ohm*cm 2 Voc = 635 mv Jsc 8.51 ma/cm 2, FF = 53.6%). Efficienza = 2.9% Area = 0.8 cm 2 19

20 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici Modulo FV Modulor per architetture civili di pregio Modulo FV Boogie-Woogie per architetture civili di pregio (brevetto ENEA RM2005A000060) Design di componenti 20

21 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici Modello Industriale di Lampione FV (Brevetto Comunitario ) Design di componenti 21

22 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici Edilizia economica e popolare di Genova Studi di riqualificazione edilizia attraverso l impiego del FV 22

23 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici Supporto tecnico alle aziende Moncada Solar Equipment (Sicilia) Supporto allo sviluppo di substrati trasparenti e conduttivi per la propria produzione di moduli a singola giunzione di silicio amorfo da 5,7 m 2 Kaneka (Giappone) Test di producibilità di impianti per l integrazione sui tetti 23

24 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici Componentistica con funzioni aggiuntive Progettazione dell architettura e dei parametri funzionali di convertitori DC/DC, implementati con MPPT ad alta efficienza, sistemi di antifurto e diagnostica on line, da integrare a bordo dei moduli per massimizzare la produzione di energia di impianti non costantemente illuminati in maniera uniforme: condizione tipica degli impianti integrati in contesti urbanizzati 24

25 Le attività del Centro Ricerche ENEA di Portici SMART Panels: Sistema di identificazione e tracciamento anti furto per pannelli fotovoltaici +Tecnologia RFID NFC con bassissimi costi di installazione/utilizzo +Nessuno Impatto sulla tecnologia di produzione pannello +Scalabili ad impianti di differenti dimensioni (dal casalingo al campo) +Valorizza la filiera di installazione/manutenzione +Permette la misuradi grandezze caratteristiche di funzionamento - Garantisce la tracciabilità della filiera fotovoltaica: - Fabbricazione e test iniziali - Installazione, Esercizio e Manutenzione - Smaltimento - Dissuasione antifurto: - Identificazione della località di prima installazione - Tracciatura di canali di traffico illegale (patent pending) 25

26 Grazie per l attenzione ENEA Centro Ricerche Portici Tel: Fax: Grazie per l attenzione 26