Energia: una necessità e un opportunità di sviluppo per la Sardegna

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1 Cagliari, 15 luglio 2011 T Hotel, Via dei Giudicati, Cagliari Convegno Regionale della CGIL e della FILCTEM sul tema Energia: una necessità e un opportunità di sviluppo per la Sardegna Allegato 4 IL SOLARE FOTOVOLTAICO E LE SMART GRID Simone Xaxa Pag. 1

2 SOMMARIO 1 Introduzione Le politiche di incentivazione in Italia Conto energia Ritiro dedicato Scambio sul posto La situazione del fotovoltaico in Sardegna La tecnologia fotovoltaica Silicio cristallino Film sottile Fotovoltaico a concentrazione Tecnologie sperimentali Le smart grid...6 Pag. 2

3 1 INTRODUZIONE Un impianto fotovoltaico, per definizione, trasforma in maniera istantanea l energia irradiata dal sole in energia elettrica per via dell effetto fotoelettrico, ovvero la capacità di alcuni semiconduttori opportunamente trattati di produrre energia quando esposti alla radiazione solare. Nonostante la difficile situazione economica globale, la tecnologia fotovoltaica sta svolgendo un importante ruolo nella corsa alle fonti rinnovabili; infatti grazie alle varie forme di incentivazione proposte negli anni passati dai governi di tutto il mondo, ma in particolar modo da quelli europei, il solare fotovoltaico sta conoscendo una crescita senza precedenti. Nel solo anno 2010 in Italia, la nuova potenza installata è più che raddoppiata rispetto al dato dell anno precedente, annoverando nel parco di generazione nuovi impianti per un totale di MW, dato questo secondo alla sola Germania, che nel panorama mondiale è leader assoluto nella produzione da fonte solare. I fattori chiave di questo successo sono molteplici, oltre alla già citata spinta data dagli incentivi erogati negli ultimi anni, il fotovoltaico ha saputo suscitare l interesse del pubblico per i molteplici vantaggi che porta: È una fonte energetica gratuita e abbondante, quindi gradita al pubblico Non dà luogo a emissioni nocive, acustiche o gassose È sicuro La durata degli impianti è garantita per 25 anni con esperienze di durate anche maggiori I componenti sono facilmente riciclabili al termine della vita lavorativa Gli impianti sono integrabili negli edifici La versatilità degli impianti permette di soddisfare diverse esigenze dall utenza domestica a quella industriale Gli impianti possono alimentare utenze isolate o essere connessi alla rete, in questo caso contribuiscono a diminuire le perdite legate alla distribuzione dell energia e la necessità di potenziare le linee di trasmissione 2 LE POLITICHE DI INCENTIVAZIONE IN ITALIA Gli incentivi alla produzione di energia da fonti rinnovabili vengono gestiti in Italia dal Gestore del servizio elettrico (GSE) che fornisce anche servizi per il ritiro dell energia immessa in rete e per l effettuazione del cosiddetto Scambio sul Posto. I titolari di impianti Solari fotovoltaici possono avvalersi dei seguenti incentivi e/o servizi:

4 2.1 Conto energia è il meccanismo di incentivazione della produzione da fonte solare avviato con i DM del 28/07/2005 e 06/02/2006 (Primo Conto Energia), quindi con il DM del 19/02/2007 (Secondo Conto Energia) ed è attualmente incentivato con il DM 06/08/2010 (Terzo Conto Energia). L incentivo è riconosciuto alla produzione di energia elettrica a partire dalla data di entrata in esercizio dell impianto per un periodo di venti anni. La tariffa è costante per tutto il periodo di incentivazione. Le tariffe maggiori sono riconosciute ai piccoli impianti domestici fino a 3 kw che risultano integrati architettonicamente; le tariffe più basse, invece, sono riconosciute ai grandi impianti non integrati architettonicamente. Il 12/05/2011 è stato pubblicato in gazzetta ufficiale il quarto conto energia, che prevede una rimodulazione degli incentivi, più marcata per gli impianti di grandi dimensioni, per i quali è previsto inoltre un tetto annuo di capacità installabile. 2.2 Ritiro dedicato è un servizio che il GSE offre dal 1 gennaio 2008 agli operatori che ne fanno richiesta. Si tratta di una modalità semplificata per collocare sul mercato elettrico l energia elettrica prodotta e immessa in rete attraverso l intermediazione del GSE. Gli impianti fotovoltaici possono accedere al Ritiro Dedicato stipulando una convenzione con GSE per il ritiro di tutta l energia immessa in rete. Quest ultimo riconosce al produttore il prezzo orario di mercato dell energia elettrica della zona in cui è collocato l impianto. Gli impianti con potenza nominale fino a 1 MW possono richiedere l applicazione dei prezzi minimi garantiti, fissati dall Autorità, limitatamente ai primi due milioni di kwh di energia elettrica immessa in rete nell anno. 2.3 Scambio sul posto è un meccanismo gestito dal GSE dal 1 gennaio 2009 per gli impianti alimentati da fonti rinnovabili con potenza fino a 200 kw (20 kw per quelli entrati in esercizio fino al 31 dicembre 2007). Lo Scambio sul Posto consente di valorizzare l energia immessa in rete secondo un criterio di compensazione economica con il valore dell energia prelevata dalla rete. Il servizio di scambio sul posto è particolarmente indicato per i piccoli/medi impianti al servizio delle famiglie e delle piccole imprese 3 LA SITUAZIONE DEL FOTOVOLTAICO IN SARDEGNA Alla data del 31 dicembre 2010 risultano installati in Sardegna impianti per una potenza totale di 101,60 MW e una produzione annua pari a 74,4 GWh ovvero il 3.9% sul totale nazionale. Nonostante la regione presenti, insieme a Sicilia e Puglia, un ottimo irraggiamento e il periodo di utilizzo degli impianti superi le 1350 ora, tale opportunità non è stata sfruttata al meglio. Tra gli aspetti positivi va però sottolineato il dato relativo alla collocazione degli impianti infatti, con oltre l 82% della potenza installata su edifici (impianti integrati o parzialmente integrati), la Sardegna si posiziona tra le regioni con la più bassa percentuale di impianti a terra; da una lettura attenta del dato si evince che famiglie e imprese sarde hanno colto l occasione data dalle incentivazioni e sono venuti meno i fenomeni speculativi legati ai grossi impianti a terra. Tale aspetto si coniuga alla perfezione con uno dei principali aspetti positivi del fotovoltaico ovvero la diminuzione

5 delle perdite di rete, sarebbe pertanto auspicabile perseguire la tendenza fin qui riscontrata, incentivando, anche a livello regionale, l installazione di tale tipologia di impianti attraverso misure legate alla semplificazione degli iter autorizzativi e dell accesso al credito. 4 LA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA La composizione di un impianto fotovoltaico risulta essere molto semplice, è infatti costituito dai moduli fotovoltaici che permettono di catturare l energia proveniente dalla radiazione solare, un dispositivo (inverter) che permetta di convertire la corrente continua, erogata dai moduli, in corrente alternata compatibile con la rete di distribuzione elettrica e le principali apparecchiature elettriche e infine una struttura di supporto, sia essa fissa o mobile, che permetta di installare i moduli con l orientamento ottimale. Se da un lato le tecnologie relative ad inverter e strutture di supporto possono considerarsi mature, altrettanto non può dirsi dei moduli fotovoltaici, infatti sebbene la tecnologia risalga ai primi anni 80 può essere considerata relativamente giovane. Lo sviluppo tecnologico di questo componente, che incide sul costo totale dell impianto in misura variabile tra il 55% ed il 70% a seconda delle dimensioni dell impianto, è di fondamentale importanza affinché il fotovoltaico possa affermarsi come fonte energetica del futuro. Si riassumono di seguito le tecnologie consolidate ed in avanzata fase di sviluppo relative alle celle necessarie per l assemblaggio dei moduli fotovoltaici. Allo stato attuale si possono distinguere tre tipologie di tecnologie fotovoltaiche, la prima generazione basata sul silicio cristallino, i film sottili di seconda generazione ed infine le tecnologie di terza generazione che comprendono fotovoltaico a concentrazione, organico e altre tecnologia in fase di studio. 4.1 Silicio cristallino Le celle in silicio cristallino vengono prodotte da finissime fette, dette wafer, tagliate da un cristallo puro o da un blocco di silicio, nel primo caso si parla di silicio monocristallino mentre nel secondo di silicio policristallino. Ad oggi il silicio cristallino è la tecnologia più matura e rappresenta circa l 80% del mercato attuale. L efficienza è compresa tra il 14% e il 22% e non si prevedono miglioramenti significativi in tal senso, le uniche opportunità di abbassamento dei costi sono legate all uso di wafer più grandi e sottili nel processo di produzione. 4.2 Film sottile I moduli a film sottile sono prodotti depositando uno strato sottile di materiale semiconduttore su una lastra di vetro o plastica, in seguito all applicazione il materiale viene inciso tramite taglio laser in più celle e ricoperto con un altra lastra trasparente. Se il materiale semiconduttore viene depositato su un supporto plastico flessibile, il modulo si presta ad essere utilizzato in ambito edilizio, favorendone l integrazione architettonica. L efficienza è lontana dai prodotti basati sul silicio e si attesta tra il 7% e il 14%; in laboratorio sono stati sviluppati prototipi che possono raggiungere il 20% anche se si è ancora lontani dall applicazione commerciale. I margini di sviluppo di questa tecnologia sono incerti, le principali problematiche restano legate alle tecnologie di deposito del materiale semiconduttore e alla ricerca sui materiali stessi.

6 4.3 Fotovoltaico a concentrazione La tecnologia fotovoltaica a concentrazione si basa sull utilizzo di lenti che concentrano la radiazione solare in celle solari di dimensioni inferiori rispetto alle normali celle descritte in precedenza, ma costruite con materiali semiconduttori ad alta efficienza ma dall elevato costo. L efficienza dei moduli su scala commerciale si attesta tra il 20% e il 25% fino a raggiungere il 40% di efficienza ottenuta in laboratorio. Sebbene ci si trovi di fronte ad una delle tecnologie più promettenti, l alto costo delle lenti e del sistema di inseguimento a doppio asse richiesto per questo tipo di applicazione, unito al costo dei semiconduttori, ne stanno ostacolando la diffusione su scala commerciale. 4.4 Tecnologie sperimentali Diversi centri di ricerca, sia pubblici che privati, stanno lavorando allo sviluppo di nuove tecnologie percorrendo la strada dell aumento dell efficienza da una parte e l abbassamento dei costi dall altra. Nel primo caso le maggiori ricerche si stanno concentrando sulla realizzazione di celle multi giunzione che possano sfruttare le diverse lunghezze d onda dello spettro solare, cosa che non avviene con le attuali celle. Nel secondo caso invece gli studi sono molteplici, di seguito si elencano i principali: Celle organiche Celle ibride a base di composti organici/inorganici Celle Quantum Dot (nanocristalli di silicio) 5 LE SMART GRID Uno dei fattori determinati affinché la micro generazione (fotovoltaico, micro eolico e cogenerazione) possa svolgere un importante ruolo nel panorama energetico, risiede nello sviluppo e implementazione delle reti intelligenti o Smart Grid. Con il concetto di Smart Grid cambia radicalmente il concetto di rete elettrica. Si passa infatti da una rete di distribuzione passiva che veicola flussi di energia in una sola direzione, dai grandi centri di produzione a innumerevoli punti di consumo dislocati presso gli utenti finali, ad una rete capace di gestire flussi bidirezionali di energia superando anche le difficoltà connesse all'inversione di flusso sull'interfaccia AT/MT (cabine primarie) e sulle linee MT. Pertanto si rende necessario oltre al controllo centralizzato, con linee, interruttori, trasformatori, anche un controllo locale che possa monitorare e gestire flussi di potenze bidirezionali, implementando sulle attuali reti tecnologie informatiche e di comunicazione (ICT). Le Smart Grid dovranno essere in grado di far interagire produttori e consumatori, prevedere le richieste di consumo e adattare la produzione e il consumo di energia elettrica, svolgendo al contempo funzioni diagnostica di rete e recovery, al fine di minimizzare i disservizi e velocizzare gli interventi di riparazione sui guasti. A livello nazionale l autorità per l energia elettrica e il gas (AEEG) ha lanciato una meccanismo di incentivazione per le Smart Grid, mentre la commissione europea con la European Electricity Grid Initiative (Eegi) ha sviluppato una road map per l implementazione delle nuove tecnologie tramite finanziamenti ad hoc e progetti a cui parteciperanno le principali utilities europee del settore.

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