Incontri per l innovazione. Fonti rinnovabili d energia per le imprese: la tecnologia fotovoltaica. Amaro, 24 marzo 2006

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1 La tecnologia stato dell arte e prospettive Luca Tommasoni

2 impianti fotovoltaici L impianto fotovoltaico è composto da: Moduli fotovoltaici Strutture di sostegno Inverter di conversione Collegamenti

3 impianti fotovoltaici Strutture e collegamenti sono realizzati con materiali e tecnologie ampiamente diffuse e condivise con altre applicazioni. L inverter è fa parte della grande famiglia dell elettronica di potenza, già largamente impiegata nell automazione industriale, nella trazione ferroviaria, nei gruppi statici di soccorso (UPS) ed in molteplici altri settori produttivi, l applicazione nel fotovoltaico è uno sviluppo di tecnologie consolidate e facilmente disponibili.

4 impianti fotovoltaici I moduli fotovoltaici sono il componente critico dell impianto, Poiché: Sono la parte più costosa, Non sono mutuabili da altre applicazioni Necessitano di specifici processi produttivi

5 Celle e moduli fotovoltaici Tecnologie dei moduli Fotovoltaici attualmente in produzione tecnologia Indicazione abbreviata Percentuale produzione Silicio cristallino c-si mc-si 89 % Silicio amorfo A-Si 4 % Silicio amorfo su cristallino A-Si on HIT a-si-μc 5 % Tellururo di cadmio CdTe 1 % Diseleniuro di rame e indio CIS 0,25%

6 Celle e moduli fotovoltaici I moduli fotovoltaici si presentano con diverse tipologie e forme costruttive

7 Celle e moduli fotovoltaici I moduli fotovoltaici sono ottenuti dalla unione di unità elementari dette celle fotovoltaiche, la singola cella ha una tensione piuttosto modesta, circa 0,5 Volt collegando in serie più celle si ottengono valori di tensione più alti e perciò più utlizzabili

8 Celle e moduli fotovoltaici Materia prima Silicio depurato in forma minerale che subirà ulteriori procedimenti di purificazione

9 Celle e moduli fotovoltaici Blocco di silicio policristallino, pronto per il taglio dei wafer che diverranno le celle FV Il taglio delle celle causa una perdita del 40 % del materiale, che può rientrare come materia prima

10 Celle e moduli fotovoltaici Le celle in silicio cristallino vengono ottenute con lavorazioni successive per deposizione di strati sui wafer ottenuti per taglio meccanico dai blocchi di cristallo

11 Celle e moduli fotovoltaici Le lavorazioni vengono eseguite da macchinari automatici

12 Celle e moduli fotovoltaici Alla fine del processo di produzione le celle vengono Testate e suddivise per classi di prestazione

13 Celle e moduli fotovoltaici L assemblaggio delle celle in stringhe e la preparazione del modulo fotovoltaico sono eseguite anch essi con procedure automatizzate

14 Celle e moduli fotovoltaici Il modulo FV è composto da una superficie frontale trasparente, di solito vetro solare temperato ad alta trasparenza, fattore 91% Con nuovi vetri antiriflesso fattore di penetrazione luce fino al 96% Incremento del 3,5 % efficienza di captazione. Nella macchina laminatrice viene formato il pannello completo con la fusione e reticolazione di films plastici in EVA etilacetato di vinile, o in PVB, polivinilbutilene. Il retro del pannello è costituito da una lastra in polietilene o altro materiale plastico, il 18% della produzione ha il retro in vetro, in questo caso la laminazione con PVB assicura la resistenza antisfondamento per facciate o coperture strutturali.

15 Celle e moduli fotovoltaici Con le tecnologie CIS e CdTe È possibile realizzare lamine semitrasparenti

16 Celle e moduli fotovoltaici Un nuovo sviluppo sono le celle fotovoltaiche abbinate a concentratori di luce

17 Celle e moduli fotovoltaici Nuove tecnologie allo studio UCLA: celle sperimentali in polimero plastico Efficienza testata 4%, senza semiconduttori. STM microlectronics: celle composite biochimiche, copiano alcuni principi della fotosintesi clorofilliana, assegnando ad alcuni materiali biochimici la creazione di ionizzazione e lacune ed assegnando a film semiconduttori la trasformazione in energia elettrica.

18 Celle e moduli fotovoltaici Dal 2000 al 2004 l incidenza della produzione di moduli in silicio mocristallino e policristallino, anziché scendere, è aumentata dall 84% all 89% del totale. È probabile che vi sarà una forte dipendenza da questa tecnologia per almeno 5 anni. La carenza di silicio di grado solare spinge all aumento dei costi, alcuni analisti ipotizzano uno scenario a fine 2006 con costi dei moduli superiori del 10 % agli attuali, che sono già superiori del 10-15%rispetto a quelli di due anni fa.

19 Celle e moduli fotovoltaici Allo stato attuale gli aspetti più critici sono perciò: la disponibilità ed il prezzo della materia prima i produttori di singole celle, in numero comunque insufficiente per far fronte alla crescente richiesta. La conseguente sottoutilizzaione degli impianti di produzione di moduli FV che si basano su celle prodotte da terzisti.

20 La situazione attuale del mercato Il contesto internazionale - Il fotovoltaico connesso in rete ha registrato, negli ultimi anni, il più alto tasso di crescita a livello mondiale (+ 60% medio annuo) - Le industrie del fotovoltaico e dell eolico sono leader mondiali nel settore delle fonti rinnovabili per investimenti e capacità produttiva - Le installazioni sono concentrate in Giappone, Germania e Stati Uniti Fonte: Renewables Global status report - Wordwatch Institute C.E.T.A. Centro di Ecologia Teorica ed Applicata 20

21 Produzione mondiale di moduli fotovoltaici Area geografica Percentuale produzione mondiale Incremento produzione su anno precedente (*) di cui su totale Germania % prod. 11 % Giappone 50 % + 65 % Spagna 5 % Europa (*) 26 % + 49 % Francia 2 % Stati Uniti 12 % + 39 % Italia 1 % India 2 % + 70 % Rep.Pop. Cinese 3 % + 70 % Taiwan 3 % + 65 % Australia 3 % + 65 % la tendenza dimostra un incremento notevole delle produzioni Cinesi ed Indiana, la produzione italiana è approssimata per eccesso

22 Produzione mondiale di moduli fotovoltaici La produzione mondiale di moduli fotovoltaici ha raggiunto nel Nel 2004 la potenza di 1200 MW Nel 2005 la potenza di 1500 (1700) MW Questi valori corrispondono alla potenza di due turboalternatori di una centrale termoelettrica standard come quella di Monfalcone. L obiettivo italiano di 200 MW di potenza fino all anno 2007 è poco lungimirante perché, oltre a non rispondere alle aspettative del mercato italiano, non è nemmeno allineato con le tendenze di crescita internazionali

23 . Germania 2005 Inaugurazione della prima tranche da 2 MW di un impianto di complessivi 5,6 MW

24 . Germania 2005 Sostituzione dei moduli Fv del primo impianto messo in servizio nel 1983, da 600 kwp, Con riciclaggio del silicio nel ciclo di produzione di celle fotovoltaiche

25 La situazione attuale del mercato Il contesto nazionale C.E.T.A. Centro di Ecologia Teorica ed Applicata 25

26 La situazione attuale del mercato Il contesto nazionale C.E.T.A. Centro di Ecologia Teorica ed Applicata 26

27 La situazione attuale del mercato Il contesto nazionale C.E.T.A. Centro di Ecologia Teorica ed Applicata 27

28 Dati caratteristici dei moduli fotovoltaici. I dati nominali di un modulo fotovoltaico vengono forniti a condizioni ambientali standard definite, tali condizioni nella nostra regione non si verificano praticamente mai.

29 Dati caratteristici dei moduli fotovoltaici Nelle condizioni di funzionamento reali. La curva di funzionamento più verosimile è quella con irraggiamento 800 W/m 2 e temperatura modulo 45 C In queste condizioni la potenza di picco del modulo FV è di circa il 25% inferiore a quella nominale

30 orientamento impianti fotovoltaici Gli impianti fotovoltaici mantengono rese elevate con scostamenti fino a 30 dal Sud