FOTOVOLTAICO E MONDO AGRICOLO: UN CONNUBIO VINCENTE

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1 Workshop Agro Energia - Gruppo Cariparma Crédit Agricole Centro Formazione del Gruppo- Piacenza, 26 Marzo 2012 FOTOVOLTAICO E MONDO AGRICOLO: UN CONNUBIO VINCENTE Prof. M. Delfanti Politecnico di Milano, LEAP Ingg. S. Signorini, A. Sogni - LEAP

2 Indice della presentazione Parte A (Signorini): 1. Principio fisico della conversione fotovoltaica; 2. Tecnologie fotovoltaiche; 3. Incentivazione e vendita dell energia; 4. Normativa: prospettive per il mondo agricolo. Parte B (Sogni): 1.Diffusione degli impianti fotovoltaici a livello nazionale e locale; 2.AttivitàLEAP per Cariparma: considerazioni statistiche e casi di investimento in agricoltura; 3. Conclusioni. 2

3 Energia Solare L energia è emessa dal Sole sotto forma di radiazioni elettromagnetiche che solo in parte giungono sulla Terra. L atmosfera terrestre agisce come un filtro sulla radiazione e ne smorza l intensità. In particolare alcune frequenze d onda vengono assorbite da gas come O 3, O 2, H 2 O e CO 2. 3

4 Energia Solare Considerando tutte le lunghezze d onda si ottiene la radiazione solare globale incidente su superficie orizzontale in un certo periodo di tempo. Tale grandezza, misurata nella mappa a lato in [kwh/m 2 anno], aumenta col diminuire della latitudine. Alcuni esempi italiani: Milano: kwh/(m 2 anno) Roma: kwh/(m 2 anno) Trapani: kwh/(m 2 anno) Fonte: European Commission - Joint Research Centre 4

5 Tipologie di sfruttamento dell energia solare Fotovoltaico: Effetto fotovoltaico Energia elettrica Termico: Scambio termico Energia termica Termodinamico: Ciclo termodinamico Energia elettrica, Energia termica 5

6 Principio fisico: effetto fotovoltaico 1.Assorbimento fotone sufficientemente energetico (materiali semiconduttori); 2.Elettrone da banda di valenza a banda di conduzione; 3.Creazione di una lacuna nell atomo di origine. 6

7 Moduli Fotovoltaici: I Generazione Silicio monocristallino Silicio policristallino Silicio amorfo Caratteristiche tecniche principali Modulo composto tipicamente da 72 celle da 125 mm 125 mm, realizzate a partire da un wafer con struttura cristallina omogenea; Dimensioni pari a mm 800 mm 45 mm; Peso variabile tra i kg; Potenza nominale variabile tra W p ; Elevata efficienza (14 19%); Calo della potenza con l aumento della temperatura (rispetto ai 25 C delle STC) pari a -0,45 %/ C; NOCT (NominalOperative CellTemperature) variabile tra C; Resistenza ai carichi sulla superficie pari a 540 kg/m 2 ; Garanzia sul prodotto variabile tra 2 10 anni; Garanzia sulla potenza in uscita pari al 90% dopo 10 anni e 80% dopo 25 anni; Certificazioni: IEC 61215, IEC

8 Moduli Fotovoltaici: I Generazione Silicio monocristallino Silicio policristallino Silicio amorfo Caratteristiche tecniche principali Modulo composto tipicamente da 60 celle da 156 mm 156 mm, realizzate a partire da un wafer organizzato in grani localmente ordinati; Dimensioni pari a mm mm 45 mm; Peso variabile tra i kg; Potenza nominale variabile tra W p ; Buona efficienza (13 15%); Calo della potenza con l aumento della temperatura (rispetto ai 25 C delle STC) pari a -0,42 %/ C; NOCT (NominalOperative CellTemperature) variabile tra C; Resistenza ai carichi sulla superficie pari a 540 kg/m 2 ; Garanzia sul prodotto variabile tra 2 10 anni; Garanzia sulla potenza in uscita pari al 90% dopo 10 anni e 80% dopo 25 anni; Certificazioni: IEC 61215, IEC

9 Moduli Fotovoltaici: II Generazione Silicio monocristallino Silicio policristallino Silicio amorfo modulo laminato flessibile Caratteristiche tecniche principali Modulo composto da atomi di silicio deposti chimicamente in forma strutturalmente disorganizzata; Dimensioni pari a mm mm 20 mm (modulo) o mm 400 mm 4 mm (laminato flessibile); Peso variabile tra i kg; Potenza nominale variabile tra W p ; Efficienza ridotta (7 9%); Calo della potenza con l aumento della temperatura (rispetto ai 25 C delle STC) pari a -0,25 %/ C; NOCT variabile tra C; Resistenza ai carichi sulla superficie pari a 250 kg/m 2 ; Garanzia sul prodotto variabile tra 2 5 anni; Elevato degrado iniziale, garanzia sulla potenza in uscita pari all 80% dopo 25 anni; Certificazioni: IEC 61646, IEC

10 Pay-back energetico di un impianto fotovoltaico Il Pay-backenergetico èil numero di anni necessari all impianto fotovoltaico per produrre il suo iniziale contenuto di energia: 8-10 anni per il silicio monocristallino metodo Czochralski; 6-8 anni per il silicio policristallino con casting da scarti di silicio elettronico; 3-4 anni per il silicio policristallino con casting da silicio di grado solare; 1-2 anni per il film sottile. 10

11 Moduli Fotovoltaici Altri tipologie di moduli fotovoltaici meno diffuse: Telloruro di Cadmio (CdTe); Diseleniuro di indio rame gallio (CIGS); Diseleniuro di indio rame (CIS); Solfuro di cadmio (CdS); Arseniuro di gallio (GaAs); Film organico (celle polimeriche); Film organico/inorganico. Quote di mercato delle principali tecnologie di moduli Fonte: Solar Energy Report

12 Schema di un Impianto Fotovoltaico Fonte: GSE Principali componenti dell impianto: Moduli fotovoltaici; Strutture di montaggio (sistemi di ancoraggio dei pannelli agli edifici o al terreno, sistemi ad inseguimento); Inverter (dispositivo di conversione dell'energia continua in alternata); Cablaggi e sistemi di posa (collegamenti elettrici vari); Quadri elettrici e protezioni (contatori di produzione e scambio, messa a terra,...). Ripartizione dei costi di un impianto FV residenziale Fonte: Solar Energy Report

13 Gruppi di conversione Un inverter fotovoltaico è un apparato elettronico in grado di convertire la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata da rendere disponibile per le utenze elettriche o per l immissione in rete. Inverter modulare (SMA) Inverter centralizzato (Aurora) Èdotato di sistemi di controllo hardware e software che, leggendo in ogni istante i valori di tensione e corrente dei moduli, sono in grado di estrarre la massima potenza disponibile provocando piccole variazioni nei parametri di conversione. Tale funzione prende il nome di MPPT (Maximum Power Point Tracker). 13

14 Tipologie di impianti fotovoltaici Impianto su edificio Impianto a terra (statico) Impianto ad inseguimento Impianto a concentrazione (dinamico) 14

15 Incentivazione e vendita dell energia Ricavi FV = Incentivo + Valorizzazione energia Incentivo: tutta l energia prodotta viene incentivata attraverso il Conto Energia (contatore M1); Valorizzazione energia con 2 opzioni principali: 1-Scambio sul posto (P nom <200 kw p ), ha 2 fonti di ricavo: Risparmio da autoconsumo sincrono; Contributo in conto scambio. 2-Vendita (contatore M2), con 2 possibilità: Cessione parziale, ha 2 fonti di ricavo: Risparmio da autoconsumo; Vendita dell eccesso. Utenze elettriche Cessione totale, 1 fonte: Vendita della totalità dell energia. Impianto fotovoltaico Energia consumata utenze Energia prodotta (incentivata) Energia prelevata dalla rete Energia immessa in rete Modalitàdivendita dell energia immessa: Ritiro dedicato; Borsa elettrica; Grossista. 15

16 Normativa: D.Lgs. 28/2011 (Decreto Rinnovabili) Attuazione della Direttiva 2009/28/CE; Incentivazione della produzione di energia elettrica da impiantisolari fotovoltaici entrati in esercizio dal 1 giugno 2011; Iter autorizzativo (art.4): criterio di proporzionalità Autorizzazione Unica (D.Lgs. n.387/2003); Procedura Abilitativa Semplificata (possibilitàdi estensione ad 1 MW p ); Comunicazione relativa alle attività in edilizia libera (possibilità estensione a 50 kw p ed impianti su edificio); Incentivazione impianti solari fotovoltaici a terra in aree agricole (art.10): potenza nominale di ogni impianto inferiore ad 1 MW p ; nel caso di impianti su terreni appartenenti al medesimo proprietario, gli impianti sono collocati ad almeno 2 km di distanza; l area destinata all installazione deve essere inferiore al 10% della superficie agricola totale; esclusi terreni abbandonati da almeno 5 anni. 16

17 Normativa: D.Lgs. 28/2011 (Decreto Rinnovabili) Impianti fotovoltaici soggetti a Comunicazione o Procedura abilitativa semplificata: 17

18 Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011) Impianti fotovoltaici entranti in esercizio in data successiva al 31/05/2011 e fino al 31/12/2016; Distinzione tra piccoli e grandi impianti: piccoli impianti : su edificio fino a kw, altri fino a 200 kw in regime di scambio sul posto, di qualsiasi tipologia e potenza se realizzati da Amministrazioni pubbliche; grandi impianti : tutti gli esclusi dal punto precedente; Cave, discariche esaurite, aree di pertinenza di discariche o di siti contaminati non sono considerate aree agricole; Limiti di costo annuo ed obiettivi indicativi di potenza limitatamente al periodo 1/06/ /12/2012 (solo grandi impianti fotovoltaici): Riduzioni tariffarie già previste 18

19 Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011) Impianti fotovoltaici: Tariffe incentivanti 2012 Impianti fotovoltaici: dal 1 semestre del 2013 le tariffe incentivanti assumono valore omnicomprensivo sull energia immessa nel sistema elettrico. Sulla quota di energia autoconsumata è attribuita una tariffa specifica. 19

20 Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011) Impianti fotovoltaici: impianti su edificio Pergole, serre, tettoie, pensiline, barriere acustiche e strutture temporanee non sono considerati edifici. 20

21 Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011) Iscrizione al registro informatico per i grandi impianti Criteri di priorità delle richieste in ordine gerarchico: Impianti entrati in esercizio alla data di presentazione della richiesta; Impianti con lavori di realizzazione terminati alla data di presentazione della richiesta (perizia asseverata); Precedenza della data del pertinente titolo autorizzativo; Minore potenza dell impianto; Precedenza della data di richiesta di iscrizione al registro. L iscrizione non è cedibile a terzi. Come comunicato dal GSE, non si aprirà il registro grandi impianti fotovoltaici per il secondo semestre 2012: Il costo annuo corrispondente agli incentivi per i grandi impianti entrati in esercizio entro il 31/08/11 e per quelli ammessi al Registro per l anno 2011 èpari a 1 miliardo di euro, a fronte del limite di costo fissato dal Decreto in 300 milioni di euro. 21

22 Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011) Impianti solari fotovoltaici: uso efficiente dell energia Edifici esistenti: il premio consiste in una maggiorazione percentuale in misura pari alla metà della percentuale di riduzione del fabbisogno di energia conseguita (almeno pari al 10% per entrambi gli indici di prestazione energetica estiva ed invernale) fino ad un massimo del 30%. Altri premi +5%: altri impianti ubicati in zone industriali, miniere, cave odiscariche esaurite, aree di pertinenza di discariche o di siti contaminati; +5%: piccoli impianti realizzati da comuni con popolazione inferiore a abitanti; +5 c /kwh: impianti su edificio installati in sostituzione di coperture in eternit; +10%: impianti con un costo di investimento (componenti diversi dal lavoro) riconducibile per almeno il 60% ad una produzione realizzata all interno dell UE. Di interesse per le imprese agricole 22

23 D.L. 24/01/12 n.1 (Decreto Liberalizzazioni) Approvato dalla Camera dei Deputati in data 22/03/12 Art. 65: Impianti fotovoltaici in ambito agricolo Dalla data di entrata in vigore del decreto, per gli impianti solari fotovoltaici con moduli collocati a terra in aree agricole, non èconsentito l'accesso agli incentivi statali di cui al decreto legislativo 3/03/11, n. 28; Agli impianti i cui moduli costituiscono elementi costruttivi di serre così come definite dall'art del D.M. 6/08/10, si applica la tariffa prevista per gli impianti fotovoltaici realizzati su edifici. Al fine di garantire la coltivazione sottostante, le serre, a seguito dell'intervento, devono presentare un rapporto tra la proiezione al suolo dellasuperficie totale dei moduli fotovoltaici installati sulla serra e la superficie totale della copertura della serra stessa non superiore al 50%. Di interesse per le imprese agricole 23

24 Parte B Parte B (Sogni): 1.Diffusione degli impianti fotovoltaici a livello nazionale e locale; 2.AttivitàLEAP per Cariparma: considerazioni statistiche e casi di investimento in agricoltura; 3. Conclusioni. 24

25 Impianti installati in Italia: effetti del Conto Energia Grafici della numerositàe della potenza totale cumulata degli impianti entrati in esercizio con il Conto Energia Fonte: GSE 25

26 La provincia di Piacenza e quelle limitrofe_1 Grafici della numerositàe della potenza cumulata degli impianti entrati in esercizio suddivisi per fasce di potenza per la provincia di Piacenza e limitrofe Numero impianti Intervallo di potenza [kw p ] Piacenza Lodi Cremona Pavia Parma Potenza cumulata [MWp] Piacenza Lodi Cremona Pavia Parma Fonte: GSE Intervallo di potenza [kw p ] 26

27 La provincia di Piacenza e quelle limitrofe_2 Grafici della numerositàe della potenza cumulata del totale degli impianti entrati in esercizio per la provincia di Piacenza e limitrofe Numero totale impianti Piacenza Lodi Cremona Pavia Parma 160 Potenza installata [MWp] Fonte: GSE 0 Piacenza Lodi Cremona Pavia Parma 27

28 LEAP per Cariparma: analisi tecnica dei componenti 1.Analisi delle caratteristiche tecniche e delle condizioni di garanzia fornite per i principali componenti e confronto con lo stato dell arte: Moduli; Inverter; Trasformatori BT/BT o BT/MT. 2.Esame dell architettura elettrica dell impianto con particolare attenzione al posizionamento dei contatori per la misura di energia prodotta (incentivata) ed energia immessa in rete (vendita o SSP). 28

29 LEAP per Cariparma: stima della producibilità Meteo: serie storiche di dati PVGIS-ESRA acquisiti dal 1981 al 1990 da una rete di stazioni meteorologiche terrestri; Software: simulazione del funzionamento degli impianti mediante PVsyst- versione 5.21; 29

30 LEAP per Cariparma: analisi economica 1.Determinazione del trattamento fiscale specializzato sulla base della ragione sociale del soggetto responsabile dell impianto secondo le circolari della Agenzia delle Entrate, le delibere AEEG e le disposizioni del GSE: IRES IRAP Ritenute d acconto esercitate dal GSE Applicazione dell IVA 2.Calcolo dei flussi di cassa e dei principali indici di valutazione degli investimenti: Net Present Value(NPV) Pay Back Time attualizzato Internal Rate of Return(IRR) M 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00-0,50-1,00-1,50-2,00-2,50-3,00-3,50-4,00 Flusso di cassa cumulato ed attualizzato per differenti tassi di attualizzazione Anni 0,00% 2,50% 5,00% 7,50% 10,00% 12,50% 30

31 LEAP per Cariparma: impianti valutati 31

32 Statistiche impianti valutati da LEAP Suddivisione degli impianti per potenza nominale installata Tipologia di impianto FV % 15 30% % 62% >1.000 Su edificio A terra (statici) Su pensiline, serre, A terra (ad inseguimento) Potenza nominale [kw p ] Smaltimento dell'eternit (solo impianti su edificio) 23% 22% Tipologia di moduli FV montati 6% 77% 72% Con smaltimento Senza smaltimento Policristallini Monocristallini Amorfi, film sottile, 32

33 Impianti valutati da LEAP: performance economiche Confronto tra le performance economiche degli impianti FV in funzione del conto energia vigente: PBT al 5% del tasso d'attualizzazione IRR su 20 anni di vita utile 18 25,00% ,00% [anni] ,71 10,95 11,46 15,00% 10,00% 13,05% 10,07% 10,27% 6 4 5,00% 2 0 Secondo Conto Energia Terzo Conto Energia Quarto Conto Energia 0,00% Secondo Conto Energia Terzo Conto Energia Quarto Conto Energia Generalmente le stime condotte con software di simulazione risultano prudenziali rispetto alla produzione effettiva. 33

34 Stime producibilità vs. produzione effettiva_1 Confronto tra la produzione elettrica stimata con il software PVsyst (dati meteo PVGIS-ESRA) e quella effettivamente misurata da ENEL Distribuzione dopo l entrata in esercizio dell impianto per un caso di studio: Impianto FV da 999 kw p a Torre d'isola PV (azimut 0, tilt 30 ) Produzione elettrica [kwh] Misura ENEL Distribuzione 0 lug-11 ago-11 Stima PVsyst (dati meteo PVIGS-ESRA) Stima PVsyst (dati meteo PVIGS-ESRA) Misura ENEL Distribuzione 34

35 Stime producibilità vs. produzione effettiva_2 Confronto tra la produzione elettrica stimata con il software PVsyst (dati meteo PVGIS-ESRA) e quella effettivamente letta dal GSE per calcolo incentivi in un caso di studio: Impianto 493 kwp - a terra - zona Piacenza Produzione elettrica mensile [kwh] apr-11 mag-11 giu-11 lug-11 ago-11 set-11 ott-11 nov-11 dic-11 STIMA LEAP LETTURA GSE 35

36 Impianti valutati da LEAP: costo investimento Costo d'investimento specifico per tipologia d'impianto e per Conto Energia vigente [ /kw p ] Impianti a terra 4CE Impianti a terra 3CE Impianti a terra 2CE Impianti su serre, pensiline, 4CE Impianti su serre, pensiline, 3CE Impianti su serre, pensiline, 2CE Impianti su edificio senza smaltimento eternit 4CE Impianti su edificio senza smaltimento eternit 3CE Impianti su edificio senza smaltimento eternit 2CE Impianti su edificio con smaltimento eternit 4CE Impianti su edificio con smaltimento eternit 3CE Impianti su edificio con smaltimento eternit 2CE Impianti ad inseguimento 4CE Impianti ad inseguimento 3CE Impianti ad inseguimento 2CE

37 Confronto con trend costo investimento europeo Evoluzione del costo specifico di investimento per impianti fotovoltaici in Europa: Riduzione : circa 15% Negli ultimi 5 anni: riduzione del 50% Fonte: EPIA 37

38 Casi e scenari di investimento in agricoltura Caso reale analizzato: impianto su copertura di azienda agricola con smaltimento amianto, cessione dell energia con ritiro dedicato. Costruzione di 3 scenari: 1- senza smaltimento amianto; , con smaltimento amianto, riduzione costi prudenziale; , con smaltimento amianto, riduzione costi avanzata. PARAMETRI Periodo di entrata in esercizio CASO REALE: con amianto SCENARIO 1: senza amianto SCENARIO 2: con amianto - riduzione costi 3% SCENARIO 3: con amianto - riduzione costi 10% 1 semestre semestre semestre semestre 2013 Conto Energia vigente Quarto Quarto Quarto Quarto Tipologia di incentivazione Feed in premium Feed in premium Feed in tariff Feed in tariff Potenza impianto [kw p ] Costo di investimento [ ] Costo di investimento specifico [ /kw p ] Tariffa + premi [ /kwh] Ricavi da Conto Energia 1 Anno [ ] 293,75 293,75 293,75 293, ,274 0,224 0,331 0, Ricavi da Vendita Energia 1 Anno [ ] INDICI DI VALUTAZIONE DELL'INVESTIMENTO NPV (Net Present Value) a 20 anni [ ] Pay Back Time con tasso attualizz. 5% [anni] 13,29 16,18 14,10 12,38 IRR (Internal Rate of Return) a 20 anni [%] 8,11 6,46 7,58 8,78 38

39 Conclusioni La tecnologia fotovoltaica consente l utilizzo di una forma di energia molto democratica che rappresenta uno dei pilastri di una vera e propria rivoluzione del mondo energetico; Vantaggi tecnici:assenza emissioni di inquinanti e di gas ad effetto serra, risparmio combustibili fossili, disponibilitàdella fonte solare, possibilitàdi integrazione con altre tecnologie delle rinnovabili; Le analisi sul futuro del comparto fotovoltaico sono concordi nel prevederne una consistente espansione con tassi di crescita medi per il periodo che vanno dal 21 al 28%; È necessario il raggiungimento di un quadro normativo stabile che consenta un adeguata programmazione degli investimenti sia da parte degli operatori del settore, sia da parte dei committenti di nuovi impianti; Per il mondo agricolol investimento fotovoltaico rappresenta una buona occasione di integrazione del reddito, soprattutto se abbinata a meccanismi virtuosi come lo smaltimento dell amianto. Ruolo chiave nel garantire per il futuro investimenti economicamente molto interessanti, nonostante la riduzione degli incentivi, lo hanno i processi che sono in corso sul fronte dell evoluzione tecnologica e della riduzione del costo di impianto. 39

40 GRAZIE PER L ATTENZIONE! Ing. Stefano Signorini, Ing. Alberto Sogni Consorzio LEAP 40