Impianto fotovoltaico FTCC Flottante con Tracking, Cooling e Concentrazione

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1 Impianto fotovoltaico FTCC Flottante con Tracking, Cooling e Concentrazione Dicembre 2011 I sistemi fotovoltaici possono dare un rilevante contributo alla produzione di energia rinnovabile ma con i limiti legati al costo ancora elevato e all invasività ambientale. La proposta di SIT è utilizzare bacini artificiali per installare impianti fotovoltaici galleggianti che sfruttano bacini già esistenti per scopo industriale o agricolo e con una riduzione dei costi grazie alle seguenti caratteristiche: un sistema di tracking ad asse verticale di costo molto basso un sistema di raffreddamento dei pannelli attraverso irroratori di acqua un insieme di riflettori che concentrando la radiazione aumentano la resa del sistema Chiamiamo questi impianti FTCC dall acronimo della parole chiave che li caratterizzano: Floating, Tracking, Cooling, Concentrators. Un primo impianto basato su parte di questi concetti è stato realizzato a Suvereto (Livorno) ed è in fase di completamento. In questo impianto è stato predisposto il tracking. Un impianto pilota da 30 kwp è stato costruito a Colignola (Pisa) con riflettori in configurazione piana il che porta ad un guadagno geometrico di un fattore superiore a 2. Figura 1 Il pilota di Pisa Si può progettare l impianto con riflettori in modo da avere un effetto di concentrazione di un fattore superiore e raggiungere livelli di concentrazione dell ordine di 20. Questo riduce

2 ulteriormente i costi del sistema ma dà innanzitutto un grande vantaggio economico perché permette di accedere al conto energia capitolo IV che permette di ottenere incentivi doppi rispetto ad un impianto a terra. Figura 2 L impianto di Suvereto (Terra Moretti holding) I vantaggi rispetto ad un impianto a terra Costi ridotti La soluzione con riflettori piani e l aumento di energia raccolta grazie al tracking e al cooling riduce i costi del kwh di circa il 20% rispetto a un impianto fisso a terra. Si hanno infatti i seguenti vantaggi (qui calcolati per la latitudine di Pisa): il sistema di tracking ad un asse per il pannello con un angolo di 5 dà una produzione annua di 1120 kwh all'anno il sistema di riflettori aumenta del 60% l energia prodotta che sale così a 1800 kwh / anno il sistema di raffreddamento con l acqua del bacino aumenta l'efficienza di circa il 15% portando la resa annua a 2060 kwh Questo va confrontato con la resa ottimale di un impianto fisso a terra che è di circa 1170 kwh e quindi porta ad un aumento di oltre il 75% dell'energia prodotta. In conclusione il maggior costo dovuto alla piattaforma è più che compensato dalla riduzione dei costi dovuti alla riduzione della superficie fotovoltaica attiva e al guadagno dovuto al tracking e al cooling. Lo stesso calcolo fatto per la Sicilia porta a guadagni anche maggiori. Disponibilità di superfici attrezzate Ovunque c è una grande disponibilità di bacini artificiali o naturali usati per scopo industriale o per irrigazione e in generale per approvvigionamento idrico.

3 Per fare un esempio, solo in Sicilia sono disponibili 75 km quadri di bacini artificiali. Inoltre i bacini sono spesso attrezzati, protetti e cablati e quindi adatti all installazione di un impianto fotovoltaico. Infine un ultimo non trascurabile vantaggio è la riduzione dell evaporazione a causa della copertura dello specchio d acqua. Figura 2: Disponibilità di bacini in Sicilia Figure 3 : Il bacino di Mazzorenello (Ragusa).

4 La situazione per l Italia è data nella figura che segue. In verde i bacini naturali, in rosso quelli artificiali. Figura 4 I bacini artificiali (in rosso) e naturali (in verde) di più di mq

5 Raddoppio della potenzialità dei bacini idroelettrici Ulteriori vantaggi sono possibili se si usano bacini idroelettrici in particolare se provvisti come spesso accade di gruppi di pompaggio. Gli impianti idroelettrici hanno buona efficienza di conversione e il costo del kwh risulta fortemente competitivo. Il solo limite è la disponibilità ridotta legata al ciclo idrico per cui in media l utilizzo annuo è di sole 1800 ore equivalenti a piena potenza, cioè di poco più del 20%. Il fotovoltaico ha un ingresso molto più recente nel sistema energetico, dimensioni molto limitate e costi al momento fuori mercato. Tuttavia i suoi limiti attuali possono essere superati sia da una riduzione dei costi che da una migliore integrazione delle centrali con le strutture territoriali. In particolare l accoppiamento del fotovoltaico flottante (FTCC) con l idroelettrico sono notevoli. Infatti la resa annua di un mq di fotovoltaico FTCC varia tra i 100 e 140 kwh anno a seconda della zona climatica. Questo valore tiene conto delle spaziature necessarie tra pannelli e tra le singole piattaforme e allo stesso tempo della maggiore efficienza e capacità di raccolta annua di questo tipo di impianto. Per contro una analisi dei bacini esistenti dotati di sistemi di pompaggio o comunque di impianti idroelettrici evidenzia una variabilità molto maggiore se rapportiamo i kwh prodotti alla superficie del bacino. A seconda del salto geodetico, della portata delle condotte e delle ore di utilizzo annuo, (tutto ciò è legato all ampiezza del bacino imbrifero) l energia annua per mq di bacino può variare da poche decine di kwh a oltre 1000 kwh. La media che abbiamo calcolato su una decina di bacini lombardi, è di 200 (un lavoro sistematico ed una analisi più accurata dei casi specifici è ovviamente necessaria). Questo dato comunque evidenzia che un sistema FTC montato su un bacino idroelettrico può integrare in modo sostanziale la produzione di energia idroelettrica. Un sistema FTCC montato su un bacino idroelettrico comporta inoltre una riduzione di costi e un miglioramento di efficienza per i seguenti motivi Figura 5 Il bacino di Speccheri (Vallarsa Tn) L esistenza di una struttura cablata e allacciata in rete riduce i costi di installazione del PV La presenza di un sistema di pompaggio premette di immagazzinare l energia prodotta evitando i problemi delle escursione di potenza troppo veloci

6 In alcuni casi si può evitare l uso di inverter e studiare soluzioni per l utilizzo diretto della corrente continua in piccoli sistemi di pompaggio Infine va ricordato che la produzione di energia fotovoltaica si concentra nel periodo estivo con uno sfasamento di circa tre mesi col massimo dello sfruttamento idroelettrico che può favorire una migliore gestione della rete. Figura 6 Il bacino di Speccheri : impianto da 5 MWp Riduzione dell energia grigia, ciclo di vita e decomissioning. Uno dei problemi che pone il fotovoltaico oggi è l elevato costo energetico per produrre i pannelli fotovoltaici. Stime recenti danno un valore di 5-6 MWh per la produzione di un kwp in silicio il che fa capire che i primi 5 anni di esercizio dell impianto sono spesi per ripagare l investimento energetico fatto per la loro produzione emessa in opera. Una soluzione a questo problema è l uso di concentratori e in particolare di specchi in alluminio. Infatti il costo energetico dell alluminio è di 14 kwh per kg e bastano 15 kg di alluminio per un kwp per cui il costo energetico è di 210 kwh, cioè circa 30 volte inferiore a quello del silicio. Per contro i riflettori abbattono la necessità di silicio di un fattore che varia da 2 a 10 e garantiscono quindi una forte riduzione del costo energetico dell impianto. Il limite a questa soluzione finora è stato il osto dei sistemi di tracking che sono necessari agli impianti a concentrazione ma la tecnica da noi proposta abbatte questi costi e rende competitivo l impianto. Va ricordato inoltre che il ciclo di vita del pannello risulta considerevolmente aumentato: l invecchiamento del pannello è principalmente dovuto agli stress termici e questi sono praticamente nulli nella soluzione proposta da FTCC Per concludere la concezione modulare e flottante del sistema non richiede nessuna struttura fissa e il sistema può essere rimosso completamente ove necessario, lasciando perfettamente inalterato l ambiente naturale e con costi di decommissioning inferiori all un per cento del costo dell impianto. In conclusione il sistema FTCC è poco invasivo, costa poco in termini energetici ed è semplice da smantellare.