IL FOTOVOLTAICO SOSTENIBILE

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1 IL FOTOVOLTAICO SOSTENIBILE Giovanni Palmisano 16 Aprile 2011

2 13 TW : potenza utilizzata dall uomo mediata su un anno TW: potenza che arriva alla superficie della terra kwh/m 2 la densità energetica irradiata in Sicilia

3 Coprendo lo 0.16% della superficie terrestre con moduli di modesta efficienza al 10% si avrebbero 20 TW of potenza La potenza solare è diffusa (ca. 170 Wm -2 ) e intermittente, dunque abbiamo bisogno di forme utili di concentrazione e stoccaggio dell energia

4 Densità di energia Solo il PV ha densità energetica accettabile fra le fonti energetiche rinnovabili

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6 PV: L industria col più alto tasso di crescita mondiale 12 mld di $ nel 2007 Tasso di crescita annuale del 40% nel 2007 (e del 30% negli ultimi 5 anni) Produzione in crescita a 20 GW nel 2011 ed espansione del margine di profitto dell 8% nei prossimi quattro anni. Fonte: Solarbuzz

7 Il fotovoltaico? In Italia! Producibilità annua di Producibilità annua di un impianto fotovoltaico da 1 kwp

8 Gli addetti del solare Fonte: GIFI

9 Potenziale di crescita in Europa il tasso di crescita annuale dal 2007 al 2014 è stimato al 39,2% fino a raggiungere i 260 MW e un valore di milioni di euro

10 Sostenibilità del Fotovoltaico Consorzio fondato nel 2007 al quale partecipano tutti i più grandi produttori europei per il ritiro e riciclo gratuito dei moduli fotovoltaici. Oggi rappresenta quasi il 90% dei produttori europei

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14 Due approcci complementari(con nuove tecnologie) 1. Il solare a concentrazioneper le grandi quantità di energia (i.e. SolFocus) 2. Il solare fotovoltaicoper la generazione locale e distribuita (i.e. Solar Integrated)

15 L albero delle tecnologie

16 Le nuove tecnologie PV usano film sottili di materiale fotoattivo Film inorganici Film organici Film organico/inorganici In generale sono stabili, leggeri, più economici e meno efficienti dei pannelli al Si cristallino

17 I TF sono il futuro del fotovoltaico Fotovoltaico a film sottile negli Stati Uniti ha ormai conquistato il 50% del mercato, mentre ci si aspetta che a livello mondiale il 10% attuale sia raddoppiato entro il 2015.

18 Sequenza produttiva dei moduli in c-si e dei moduli a film sottile

19 Trend: L elettronica si fa organica e flessibile Gli OLED (Organic Light Emitting Diode) vengono utilizzati per la fabbricazione di schermi piatti che hanno grande brillantezza e nessun problema di angolo di visione (tv Sony spessa solo 3 mm nella sua parte più sottile) E-paper, la carta elettronica. La Plastic Logic produce a Dresda schermi per libri e giornali portatili che necessitano di energia solo quando si cambia testo o immagine visualizzata La Polymer Vision (una spin-out della Philips) entro fine anno produrrà telefonini equipaggiati con uno schermo estraibile e-paper (i.e. librofonino, che verrà commercializzato in Italia da TIM).

20 Quale tecnologia scegliere? Dipende dall applicazione Alcune sono ideali per la produzione di grandi quantità di elettricità da rivendere in conto energia Altre sono ideali per l integrazione architettonica (BIPV)

21 I film inorganici sono svariati, versatili e tutti già commerciali Film al CIGS Film al CIS Film di CdTe Film di a-si (silicio amorfo)

22 Le nuove tecnologie PV usano film sottili di materiale fotoattivo Film inorganici Film organici Film organico/inorganici

23 I moduli a base di silicio amorfo (a-si) Versatili 5,5% Efficienti Facilmente installati Economici

24 I benefici unici dei moduli flessibili Elevata flessibilità L autentica flessibilità meccanica ne consente l integrazione con elementi di svariata forma e dimensione e consente il design di prodotti fotovoltaici innovativi Customised & integrabili Il processo di produzione roll-to-roll consente la produzione di moduli PV di varia lunghezza e larghezza rendendo la tecnologia naturalmente adatta a soluzioni integrate basate sulle esigenze dei clienti Sottili & Leggeri La leggerezza li rende adatti a tutte quelle applicazioni dove il peso è importante. La natura sottile ne consente l integrazione estetica con I materiali più diversi. Infrangibili I moduli flessibili su plastica o su acciaio sono infrangibili, resistenti e durevoli: un vantaggio chiave sui delicati pannelli al Si depositati su vetro. Ecologici L elettricità prodotta è pulita perché il processo di produzione si basa su materiali ecologici, abbondanti e facilmente riciclabili. Il payback è da 3 a 5 volte più veloce dei prodotti basati su tencologie PV tradizionali.

25 La barca con le VELE SOLARI già naviga in Toscana

26 Energia pulita con le vele solari barca a vela con propulsione ausiliaria ibrida (diesel + elettrica) sulla quale è stata issata una vela con dispositivi fotovoltaici a film sottile tradizionale e alcuni pannelli in polimero organico e nanotubi di carbonio. Promotore: Figli di Michelangelo Calamai, Azienda tessile fondata nel 1878 e specializzata nella produzione di tessuti tecnici Ente di ricerca: Università di Perugia, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, sede di Terni Progetto: S.I.E.P. (sistema integrato per la produzione di energia pulita) cofinanziato dalla Regione Toscana

27 La tecnologia del Solar Roof Le celle fotovoltaiche vengono applicate su un foglio di acciaio, incapsulate in modo resistente a lungo termine, collegate tra loro ed integrate direttamente nei manti impermeabili Sarnafil spessi 8 mm. E poi collegate tra loro ed integrate direttamente nei manti impermeabili Sarnafil. Grazie al processo di autoregolazione dei moduli con temperature oltre i 40 C, il grado di rendimento della tecnologia a Tripla Giunzione aumenta, soprattutto nel semestre estivo.

28 Solar Roof: Leggero e potente anche con tempo nuvoloso Altamente efficiente anche con luce diffusa Le celle solari sottili come una pellicola e flessibili usate per i pannelli solari Solar Integrated, generano elettricità al di sopra della media in condizioni nuvolose. Inalterato anche con parziale ombra Ogni cella ha un diodo bypassante che permette una prestazione in condizioni di ombra parziale nettamente superiore a quella dei moduli tradizionali. Molto più efficiente in estate con le alte temperature Il processo di autoregolazione fa sì che l'efficienza energetica solare della tecnologia a giunzione tripla raggiunga il suo massimo durante i mesi estivi, quando la temperatura del modulo sale sopra i 40 C.

29 Tutta la superficie! Grazie alla posa in piano si evita che i moduli si facciano ombra da soli. La perdita di prestazione dovuta alla posizione piana dei moduli è bassissima grazie alla tecnologia della tripla giunzione. La soluzione ideale si ha quando l intera copertura piana può essere sfruttata per la produzione di energia.

30 Tetti solari flessibili nel mondo Braunschweig, DE, New building: 2007 Moduli: Alwitra Installed performance: 32,76 KWp Roof area: 1500 m 2

31 Tetti solari flessibili nel mondo Coca-Cola, Los Angeles Moduli: Solar Integrated

32 TFPV anche in Italia Con un investimento di circa 12 milioni di euro in project financing : grande impianto fotovoltaico 1,8 MWp alla Nuova Fiera di Roma e che soddisfera' il 20% del fabbisogno della struttura. Impianto PV perfettamente integrato con l'architettura del polo fieristico grazie ai moduli sono in film sottile di silicio amorfo, flessibili e di peso contenuto. 38 mila metri quadri di tetti di padiglioni espositivi.

33 A Roma, discarica di Malagrotta Ricopertura fotovoltaica flessibile di un'intera collina alla discarica di Malagrotta con moduli Solar Integrated. Contratto da 10 milioni di $ per 2 MW che includono oltre alla discarica di Malagrotta un sistema BIPV su un edificio Nei prossimi 20 anni produrrano 54 milioni di kwh con un guadagno notevole, che non sarebbe stato possibile con i pannelli in silicio cristallino.

34 Flexcell: 25 MW a Yverdon (CH) Flexcell (VHF Technologies S.A.) sta costruendo un impianto da 25 Megawatt (pari a metri quadri di celle per anno) a Yverdonles-Bains. Produzione 2009 già venduta (e 80 nuovi posti di lavoro) Capitale del colosso tedesco Q-Cells che ha investito 11 milioni CHF per il 51% del capitale e per sviluppare la tecnologia

35 Moduli flessibili al Si amorfo/ Outdoor

36 Moduli flessibili al Si amorfo/ Innovazioni BIPV

37 Microshade/Powershade PhotoSolar Sono prodotti che utilizzano tecnologia basata su a-si. Si applicano alle finestre e svolgono due funzioni: riduzione del bisogno di condizionare l ambiente interno e produzione di energia elettrica, grazie alla frazione di radiazione solare schermata. Vengono utilizzate delle microlamelle in silicio amorfo, praticamente invisibili all occhio umano. Questo crea un effetto leggermente opacizzante con circa il 50% di radiazione solare schermata. Viene schermata soprattutto la radiazione che arriva dall alto, in maniera da permettere agevolmente la visione orizzontale e verso il basso, come mostra l immagine. Questo prodotto viene installato direttamente all interno dei vetri, e non comporta problemi di pulizia, manutenzione, etc. La sua efficienza è maggiore degli equivalenti moduli in a-si grazie alla struttura tridimensionale delle singole lamelle che risultano maggiormente irradiate dai raggi solari.

38 I moduli a base di CIGS (Copper Indium Gallium DiSelenide) Quelli di Nanosolar sono disponibili dal 2011 Quelli di Global Solar portatili possono essere acquistati subito a circa 3 /Wp Quelli di Miasolè hanno raggiunto il 14% di efficienza!

39 I moduli PV a base di CIGS Nanosolar (S. Josè, CA e Berlino) Global Solar Energy Global Solar Energy (Tucson, AZ)

40 Produzione roll-to-roll (CIGS)

41 Nanosolar 9 SETTEMBRE 2009 Nanosolar presenta le sue nuove celle certificate al 16.4% di efficienza

42 I film a base di CIS (Copper Indium Sulphide) Formidabile versatilità per BIPV (building integrated photovoltaics) Sono già a Palermo 19 donati da Wurth alla nuova Biblioteca universitaria

43 Soluzioni architettoniche

44 I film a base di CIS sono ideali per nuovi prodotti PV

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46 I moduli a base di CdTe (tellururo di cadmio) /1 Sono realizzati con una pellicola di tellururo di cadmio racchiusa tra due lastre di vetro con tempi di produzione notevolmente inferiori rispetto a quelli necessari per realizzare un modulo tradizionale La superficie vetrata e lo spessore di soli 6,8 mm li rendono ideali per l integrazione architettonica, anche per le soluzioni estetiche più esasperate Efficienza prossima al 10% (quindi 35/40 %di spazio in più rispetto ai moduli al Si). I moduli al CdTe che Conergy commercializza in Italia sono quelli della serie FS, certificati secondo IEC (come richiesto dal Conto Energia), con potenze fino ai 70 Wp, particolarmente indicati sia per l installazione negli impianti di elevata capacità.

47 I moduli a base di CdTe First Solar (USA). In tre anni è una delle più grandi imprese PV al mondo Il band gap energetico del CdTe è di 1.45 ev (quello del Si cristallino è 1.2 ev). Questo permette di convertire maggiore energia solare in elettrica a parità di quantità di materiale utilizzato.

48 Trend di costo per i moduli al CdTe Oggi la produzione di First Solar ha luogo a 0,80 $/Wp

49 I moduli a base di CdTe (tellururo di cadmio) /2 La possibilità di effetti tossici legati alla presenza del cadmio è nulla: il metallo si trova confinato e sotto forma di composto stabile. Ogni modulo assolve la direttiva WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipement) che regola lo smaltimento e il riciclo. Il prezzo molto competitivo non incide, inoltre, sulla qualità del prodotto: i moduli godono di garanzia quinquennale sui difetti di fabbricazione, e fino ai 25 anni sulle prestazioni, per l 80% della potenza nominale. Risentono meno rispetto ai moduli al Si della perdita di potenza per aumento della temperatura di lavoro (coefficiente relativo alla potenza dello 0,25 %). Che si traduce nella capacità di produrre più energia a parità di kwp installato per l intero periodo di esercizio dell impianto.

50 CdTe: basso costo, alta resa

51 I moduli a base di CdTe in Italia Conergy commercializza First Solar Arendi (Marcegaglia Energy) sta per partire con la produzione

52 Le nuove tecnologie PV usano film sottili di materiale fotoattivo Film inorganici Film organici Film organico/inorganici

53 Tende solari con film organici

54 Power Plastic (Konarka)

55 Konarka s KT Series Sette moduli con potenze da 0.25 a 26 W. Generano energia in tutte le condizioni di irradiazione e sono già disponibili le schede tecniche. Il range di temperatura di funzionamento va da -20 a 65 C e sono spessi appena 0.5 mm. Non risentono in maniera significativa dell angolo di irradiazione, e possono essere utilizzati su superfici verticali.

56 Prodotti integrati con PV: Evoluzione Da legato-a, a designed-in, fino a designed-around

57 La Power Plastic presto si spalmerà con il il pennello!

58 I prodotti SkyShades La società è entrata in partnership con Konarka per realizzare i prototipi prima della commercializzazione prevista a fine 2008 (www.skyshades.com )

59 Le nuove tecnologie PV usano film sottili di materiale fotoattivo Film inorganici Film organici Film organico/inorganici

60 Celle solari a colorante organico (DSC) Esempio di integrazione degli interni di un edificio con moduli DSC trasparenti e colorati

61 I nuovissimi moduli flessibili Dyesol in via di produzione Efficienza 5.5%; Possibilità di modulare i colori cambiando colorante e caratteristiche del film di TiO 2. 3G SOLAR: Moduli DSC al 7%! A Gerusalemme

62 G24i: Da Cardiff i primi moduli DSC Impianto a Cardiff da 25 MW di capacità per la produzione di film sottile a DSC Produzione roll-to-roll avviata nell autunno scorso. Primi prodotti charger per telefonini ed elettronica di consumo

63 Inseguimento e Concentrazione Guadagno con inseguitore monoassiale polare Fonte: Huld T. et al Proceedings of the 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 1-4 September 2008, Valencia, Spain L utilizzo dell inseguitore monoassiale è vantaggioso in Italia Meridionale

64 SISTEMI A CONCENTRAZIONE Guadagno con inseguitore monoassiale polare Su terreno in pianti fissi o su inseguitori L inseguimento può essere: 1. Biassiale 2. Monoassiale

65 Single-Axis Unica motorizzazione (idraulica) 134 kwp (fonte: Solon)

66 Confronto tra sistemi di inseguimento (fonte: Solon)

67 (fonte: Solon) Analisi costi benefici

68 Produzione wafer in c-si T>1900 C Si 98% Electron Grade Silicon -Si ultrapuro: 1 impurità ogni 10 9 (miliardo) di atomi di Silicio -Da 18 kg di SiO 2 si ottiene solo 1 kg di Silicio

69 Perché il film sottile è cost-efficient?

70 Sequenza produttiva dei moduli in c-si e dei moduli a film sottile

71 Winfried Hoffmann, Applied Materials

72 Elettricità sempre più costosa, specie in Sicilia

73 Mantenersi aggiornati Photon Rinnovabili.it ilportaledelsole.it ilsoleatrecentosessantagradi.it FV Fotovoltaici Photovoltaics International

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