Analisi e Prospettive di Sviluppo del Fotovoltaico in Sardegna

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1 Analisi e Prospettive di Sviluppo del Fotovoltaico in Sardegna prof. ing. Alfonso Damiano Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Università degli Studi di Cagliari

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3 media dell'estensione della banchisa glaciale sull'artico dal 1979 al 1989 media tra il 1990 e il 2000 differenza tra i due dati precedenti proiezione per l'anno 2050 Studio realizzato dalla Nasa

4 Elementi, naturali e di origine antropica, che influiscono sul valore del radiative forcing, la scala di influenza e il level of scientific understanding LOSU. Contributo dei diversi componenti al radiative forcing (Fonte:Fourth Assessment Report Climate Change 2007

5 La causa attualmente più accreditata è quella di un innalzamento della temperatura media terrestre prodotta da un aumento della quantità di CO 2 presente nell atmosfera. Il sistema energetico è uno dei settori produttivi a cui è associata la maggior produzione di gas clima alteranti. Ricercare una via sostenibile che concili lo sviluppo economico, lo sviluppo energetico e la riduzione dei emissioni di CO 2

6 Le azioni previste a livello comunitario per il raggiungimento di un coordinato ed integrato sviluppo: Incentivazione alla produzione energetica da fonti energetiche rinnovabili; politiche di risparmio energetico; ottimizzazione di processi di produzione energetica tradizionali; potenziamento dell attività di ricerca nel settore energetico Gli obiettivi comunitari che come è ben noto sono molto ambiziosi e vincolanti: riduzione del 20% delle emissioni di CO 2 entro il 2020 rispetto ai livelli del 1990 un contributo pari al 20% della domanda di energia primaria dell Europa fornito dalle rinnovabili entro il 2020.

7 Nasce l esigenza di una forma di incentivazione economica per le Fonti energetiche rinnovabili Direttiva 96/92/CE. Documento di riferimento della liberalizzazione del Mercato dell energia elettrica Recepita in Italia con il DLgs 79/99 Decreto Bersani L articolo 11 del Decreto 79/99 é interamente dedicato alle Energia elettrica da fonti rinnovabili. Introduzione dei Certificarti Verdi

8 Direttiva 2001/77/CE Documento di riferimento per la promozione e la regolamentazione dell Energia elettrica prodotta da FER a livello Europeo La Direttiva definisce solo degli obiettivi indicativi nazionali Italia l obiettivo è fissato al 25% del consumo totale di elettricità. La Direttiva 2001/77/CE viene recepita in Italia attraverso il Decreto Legislativo n. 387 del 29 dicembre Introduzione di forme di incentivazione in conto energia per gli impianti fotovoltaici si rimanda ai decreti attuativi (da presentare entro sei mesi) D.M. 28 luglio 2005 e D.M. 6 febbraio 2006 (Decreto att. Conto energia)

9 Perché investire sul Fotovoltaico? Ambientali Tecnologici Energetici Socio-Economici

10 Energy Pay Back per impianti fotovoltaici (fonte DOE) Energy Pay Back: Tempo di funzionamento dell impianto necessario a produrre la stessa quantità energia utilizzata per la sua realizzazione. Consumo energetico per produrre le celle monocristalline 600 kwh/m kwh/m 2 per il policristallino.

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12 Effetto della tecnologia e dell efficienza di cella sul costo Fonte: Whisnant et al.

13 The experience curve of PV modules [ ] (Maycock and Wakefileld, 1975; Ayres, 1998; NREL 1999;Thomas, 1999; Watanabe, 1999)

14 Evoluzione della potenza PV installata MWp PV Mondiale EU * Fonte EPIA: European Photovoltaic Industry Association

15 EPIA PV market scenario until 2012 Fonte EPIA: European Photovoltaic Industry Association

16 Fonte EPIA: European Photovoltaic Industry Association

17 vantaggi Emissioni inquinanti evitate e impatto ambientale Recupero ambientale Costi evitati Generazione diffusa Sul territorio Affidabilità e durata Immagine

18 Problematiche associate alla realizzazione di impianti fotovoltaici Tecnico Metodologie di progettazione Allaccio rete di distribuzione Presenza di batterie (sistemi isolati) Sistemi di condizionamento della potenza elettrica Compatibilità elettromagnetica Sicurezza Affidabilità Economico Gli impianti fotovoltaici sono costosi!!(7-5 /Wp) Hanno bisogno di superfici di captazione molto grandi Autorizzativi Connessione rete di distribuzione (Enel distribuzione) Comune RAS

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21 Incentivi previsti dai DM 28/07/2005 e 6/02/2006

22 Impianti realizzati con il primo Conto Energia comunicazioni totali pervenute al GSE al 30 settembre 2007 suddivise per taglia e tipo di comunicazione ( fonte Relazione delle attività PV del GSE ottobre 2006 settembre 2007)

23 Comunicazioni di inizio lavori pervenute al GSE Fonte: Relazione delle attività PV del GSE ottobre 2006 settembre 2007)

24 Impianti realizzati con il primo Conto Energia al 30 settembre 2007 è stato realizzato (con riferimento alla fase di conclusione dei lavori) circa il 34% degli impianti per una potenza installata pari a circa il 12% di quella ammessa agli incentivi Fonte: Relazione delle attività PV del GSE ottobre 2006 settembre 2007)

25 Ripartizione % per classi di potenza della potenza fotovoltaica installata al 30 settembre 2007 Fonte: Relazione delle attività PV del GSE ottobre 2006 settembre 2007)

26 Nuovo conto energia DM 19 febbraio 2007 Maggiore sensibilità del sistema creditizio Maggiore dinamismo degli operatori Maggiore sensibilizzazione e informazione dell opinione pubblica

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32 Analisi Comparativa dell evoluzione della Potenza pro capite cumulata

33 Catena di produzione del pannello fotovoltaico Produzione di Polysilicon di grado solare Taglio Doping Cella PV Assemblaggio celle e realizzazione del pannello

34 Catena del valore della filiera fotovoltaica

35 Analisi di Mercato della materia prima (polysilicon) Fonte EPIA: European Photovoltaic Industry Association

36 Valori attuali e attesi di produzione di Polysilicon nel mondo

37 Tipologia di Celle usate Le tecnologie di produzione delle celle fotovoltaiche si dividono sostanzialmente in tre famiglie: - Silicio cristallino: che comprende il monocristallo e il policristallo. - Film sottile: l amorfo tradizionale, i sistemi eterogiunzione - Multigiunzione.

38 TECNOLOGIA (CIS e CIGS) film sottile: CIS sta avendo un grande successo grazie agli ultimi risultati ottenuti con la ricerca sul disselenuro di rame/indio. I risultati ottenuti danno un 13-15% di rendimento su celle testate in laboratorio, mentre aggiungendo del Gallio (CIGS) questo valore, su celle di piccole dimensioni, può addirittura arrivare al 18%. Attualmente il valore su celle industriali si attesta intorno al 10-11%. Si pensa che in futuro la tecnologia CIS potrà dare risultati equiparabili a moduli di egual misura e potenza costruiti con celle in silicio cristallino, ma con costi di produzione molto minori. TECNOLOGIA Tellurio di Cadmio Il CdTe è un semiconduttore caratterizzato da una band gap diretto, pari a 1,45 ev, e il suo coefficiente di assorbimento è abbastanza alto da consentire ad uno strato di materiale spesso 1 µm di assorbire il 99% della luce visibile. Efficienza: 16,5% in laboratorio (cella solare), 9% (modulo commerciale) Obiettivo : efficienza modulo commerciale 12%

39 SILICIO AMORFO (a-si:h) La tecnologia al silicio amorfo è oggetto di numerosi investimenti in ricerca e sviluppo. E sicuramente la tecnologia meno costosa e più semplice da produrre, ma anche quella che garantisce i rendimenti più bassi: 6 8%. TECNOLOGIA SILICIO AMORFO MJ Derivata dalla tecnologia a silicio amorfo (a-si:h tradizionale) permette un maggior rendimento di funzionamento, il quale in alcuni casi arriva al 12% (triple junction). Un modulo PV di tale generazione, paragonata al silicio cristallino C-Si, anche se caratterizzato da una minor efficienza determinata in condizioni standard, a parità di potenza riesce a produrre su base annua un 10% in più di energia.

40 Multigiunzioni ad alta efficienza Nel 1999 un progetto congiunto tra Spectrolab e il National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha raggiunto un record importante nelle conversione fotovoltaica, realizzando una cella solare con efficienza di conversione pari al 32,3%. Questa cella a tripla giunzione è stata costruita utilizzando tre strati di materiali semiconduttori, fosfuro di indio/gallio su arseniuro di gallio su germanio (GaInP2/GaAs/Ge). La Spectrolab e il National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha dichiarato di aver raggiunto la soglia di efficienza di cella del 40%.

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42 Laboratorio Fotovoltaico Produzione SG-Si Produzione Cella Produzione Pannello Realizzazione Impianti FV Analisi dei materiali Ricerca e sviluppo Testing Lab Fotovoltaico Certificazione Pannelli fotovoltaici IEC IEC 61646? Verifiche e controlli Monitoraggio Certificazione impianti Università Centri di ricerca Attori Chiave GSE Enea Presentazione Laboratorio Fotovoltaico prof. Alfonso Damiano POR SARDEGNA Misura 3.13 Cluster Tecnologico Energie Rinnovabili Polaris Pula 28 novembre 2007

43 Articolo 11 (Verifiche e controlli) 1.(omiss..) Il soggetto attuatore definisce e attua modalità per il controllo, anche mediante verifiche sugli impianti, di quanto dichiarato dai soggetti responsabili. Articolo 14 (Monitoraggio della diffusione, divulgazione dei risultati e attività di informazione) Anche ai fini di quanto previsto all articolo 15, il soggetto attuatore e l ENEA organizzano, su campione significativo di impianti i cui soggetti responsabili sono soggetti pubblici e in modo da rappresentare le diverse tecnologie e applicazioni, un sistema di rilevazione dei dati tecnologici e di funzionamento Articolo 15 (Monitoraggio tecnologico e promozione dello sviluppo delle tecnologie) L ENEA, coordinandosi con il soggetto attuatore, effettua un monitoraggio tecnologico al fine di individuare le prestazioni delle tecnologie impiegate per la realizzazione degli impianti fotovoltaici realizzati nell ambito dei decreti interministeriali 28 luglio 2005 e 6 febbraio 2006 e nell ambito del presente decreto, segnalando le esigenze di innovazione tecnologica. Presentazione Laboratorio Fotovoltaico prof. Alfonso Damiano POR SARDEGNA Misura 3.13 Cluster Tecnologico Energie Rinnovabili Polaris Pula 28 novembre 2007

44 Presentazione Laboratorio Fotovoltaico prof. Alfonso Damiano POR SARDEGNA Misura 3.13 Cluster Tecnologico Energie Rinnovabili Polaris Pula 28 novembre 2007

45 Laboratorio Fotovoltaico Produzione SG-Si Produzione Cella Produzione Pannello Realizzazione Impianti FV Lab Fotovoltaico Università Centri di ricerca Attori Chiave GSE Enea Presentazione Laboratorio Fotovoltaico prof. Alfonso Damiano POR SARDEGNA Misura 3.13 Cluster Tecnologico Energie Rinnovabili Polaris Pula 28 novembre 2007

46 Laboratorio Fotovoltaico Sezione Interfaccia rete Lab Fotovoltaico Sezione Informatica Sezione Testing e monitoraggio Outdoor Sezione Testing e certificazione Indoor Presentazione Laboratorio Fotovoltaico prof. Alfonso Damiano POR SARDEGNA Misura 3.13 Cluster Tecnologico Energie Rinnovabili Polaris Pula 28 novembre 2007

47 Laboratorio Fotovoltaico Attività programmate nell ambito del progetto Cluster A Progettazione ed attuazione di un indagine ricognitiva A1. Raccolta di tutte le tecnologie disponibili per i diversi settori A2. Ricerca di tutte le informazioni sulle installazioni relative agli impianti fotovoltaici in Sardegna; A3. Valutazione delle diverse tecnologie adottate e analisi tecnica ed economica. B Trasferimento tecnologico alle imprese B1. Organizzazione di seminari e workshop sulle tecnologie e sui processi della filiera fotovoltaica B2. Redazione di opuscoli informativi relativi alle tecnologie e ai processi della filiera fotovoltaica C Assistenza e promozione delle attività di R&S C1. Supporto scientifico alle imprese e altri enti per le attività di ricerca e sviluppo in corso di svolgimento C2. Promozione della partecipazione di imprese e altri enti regionali a programmi nazionali e internazionali di ricerca e sviluppo (valutazione dell idea progettuale, ricerca partner, organizzazione di convegni e seminari) Presentazione Laboratorio Fotovoltaico prof. Alfonso Damiano POR SARDEGNA Misura 3.13 Cluster Tecnologico Energie Rinnovabili Polaris Pula 28 novembre 2007

48 Grazie per l attenzione Prof. ing. Alfonso Damiano Università degli Studi di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Facoltà di Ingegneria Piazza D Armi alfio@diee.unica.it