Verso una nuova energia

L’industria fotovoltaica è giustamente vista come una delle probabili soluzioni produttive in grado di creare nuovi posti di lavoro stabili donando slancio ad un mercato internazionale soggetto a crisi massive nei comparti tradizionali. In tale ottica gli sforzi governativi che hanno incentivato tale settore (vedi CONTO ENERGIA o più in generale la Feed in Tarif FIT) sono stati senza dubbio un importante supporto: tuttavia ora è necessario prevedere un futuro prossimo (non lontano) in cui il solo libero mercato sarà il protagonista assoluto.


Gli obiettivi del settore fotovoltaico sono sempre stati duplici:

• produrre energia elettrica da una fonte eco-compatibile e pressoché infinita (il sole);
  
  
• sfidare la produzione di energia tradizionale (cioè attraverso fonti convenzionali fossili) sul terreno della convenienza economica.

Soprattutto nell’ultimo decennio, l’impegno di tutti i protagonisti della filiera coinvolta nel settore è stato quello di ridurre il costo del kWh fino a raggiungere, e possibilmente diminuire, quello prodotto tramite combustibili tradizionali inquinanti.


Appare così chiaro che la principale sfida per il futuro sarà quella di aumentare l’efficienza e diminuire i costi di produzione dei moduli attraverso:

• lo sviluppo di metodi per ottimizzare le materie prime impiegate nelle fasi produttive dei processi utilizzati;
  
  
• l’incremento dell’efficienza energetica di ogni singola cella (> η) studiando nuovi materiali e tecnologie alternative.

Più nel particolare, proviamo a focalizzare l’attenzione sui punti salienti della vera sfida del raggiungimento della Grid Parity, elencando quelle variabili sulle quali si può intervenire per abbattere i costi che determinano il successo della tecnologia.


Variabili dipendenti:

• costi di tutti i componenti dell’in - tera filiera, dal silicio come materia prima, ai wafer, fino al modulo finito;
  
  
• costo specifico dell’investimento (€/kWh) in modo da verificare la validità produttiva dell’impianto;
  
  
• costi di O&M (cioè esercizio e manutenzione degli impianti) ed assicurazioni: queste spese, per impianti di durata ultradecennale, sono fondamentali nel bilancio complessivo;
  
  
• Vita utile dell’impianto, in funzione della qualità della tecnologia applicata.

Variabili indipendenti:

• costo del denaro: tasso applicato dalle banche e previsione dei tassi nell’arco di almeno venti anni;
  
  
• finanziamenti eventuali a tutto il sistema, vedi Conto Energia con il nuovo sistema Feed in Tarif;
  
  
• costi complessivi delle procedure: bisogna tener conto soprattutto della burocrazia e dei tempi di allacciamento alla rete;
  
  
• prezzi dell’energia convenzionale nella sua interezza, in base cioè alle fasce orarie e alla tipologia di impianto;
  
  
• latitudine e condizioni locali di irraggiamento;
  
  
• costi legati al luogo di installazione: per impianti di grandi dimensioni può diventare una voce importante il costo della superficie in cui si installa l’impianto.

Escursus tecnologico
Nel 1954 nei laboratori Bell Chapin, Fuller e Pearson costruiscono la prima cella fotovoltaica in silicio monocristallino con efficienza di circa il 4%.
E’ una tecnologia fotovoltaica che nasce inizialmente per contrastare la crisi petrolifera e per avere un’alternativa efficace all’utilizzo delle fonti inquinanti tradizionali. Tuttavia, i costi di produzione e di gestione degli impianti e dei moduli sono eccessivamente onerosi e quindi l’iniziativa viene portata avanti esclusivamente per risvolti etici di eco-sostenibilità.

In questi ultimi 50 anni l’industria fotovoltaica, oltre ad agire sull’efficienza dei moduli, ha permesso di diminuire sensibilmente i costi di produzione e la ricerca, applicata a differenti materiali e diversi metodi di produzione, ha dato spazio a molteplici soluzioni, che possiamo riepilogare brevemente qui di seguito.


GEN1
E’ ancora la tipologia di celle maggiormente usata dall’industria, per la produzione delle quali possono essere utilizzati:

• Silicio Monocristallino: largamente diffuso, si ottengono lingotti cilindrici dai quali si ricavano celle semi ottagonali con efficienze tra il 12 ed il 17%;
  
  
• Silicio Policristallino: tramite il metodo WIFP (Wacker Ingot Facturing Process) si ottengono parallelepipedi che vengono sezionati per avere celle quadrate. Si è passati da uno spessore di circa 500 ηm, progressivamente, con l’applicazione di raffinate tecniche di taglio, a 170 ηm con conseguente risparmio di materiale ed incremento di efficienza (17%).

GEN2
E’ la famiglia di celle realizzate attraverso la deposizione da fase vapore di strati di semiconduttori a strati estremamente sottili (da 0,5 a 10 ηm ) su supporti a basso costo come vetro, acciaio e plastica.

Possono essere utilizzati:

• Silicio Amorfo (a-Si) e Telloruro di Cadmio CdTe con efficienze tra il 5-6 ed il 9%;
  
  
• CIS o CIGS (Diseleniuro di Rame ed Indio e Diseleniuro di Rame Indio e Gallio): la deposizione avviene per sputtering o evaporazione su supporti a basso costo con efficienza maggiore (12%).

Crescita e competitività
Tra le energie rinnovabili, il settore fotovoltaico è quello che oggi si presta maggiormente all’applicazione di modelli di business plan definiti “sicuri”. Il “sistema azienda” ha tutti i presupposti per poter gestire lo sviluppo: capacità imprenditoriali e manageriali, adeguati insediamenti industriali (nuovi, di smessi o da convertire da produzioni obsolete), risorse umane e, soprattutto, un mercato estremamente ricettivo su base nazionale.

I “governi”, intesi come nazionale, regionale, provinciale, ecc., cioè come un sistema integrato che dovrebbe garantire un adeguato livello di incentivazione ed una burocrazia efficiente, stanno mettendo in campo tutte le azioni possibili per accompagnare questo potenziale sviluppo (es. Conto Energia). Nell’ultimo anno le banche, anche a causa del “credit crunch” internazionale, hanno limitato l’erogazione di credito solo a progetti di produzione di energia (parchi solari, tetti fotovoltaici, ecc.), escludendo in modo poco lungimirante altri potenziali progetti di tipo “più industriale”, quali quelli di produzione di celle o di materie prime (silicio).



Il conto energia: un valido esempio di incentivo sostanziale all’economia solare
Il “Conto Energia”, introdotto dal Ministero della Attività Produttive (oggi Ministero dello Sviluppo Economico) con un apposito Decreto del 28 Luglio 2005, rappresenta un meccanismo di incentivazione che, invece di offrire un contributo in conto capitale del costo dell’impianto, premia direttamente la quantità di energia effettivamente prodotta dall’impianto per un periodo di tempo comparabile con la vita tecnica dell’impianto stesso. Un tale meccanismo costituisce una garanzia affinché il proprietario s’impegni a realizzare ed esercire al meglio l’impianto. Eventuali inefficienze in sede di realizzazione e gestione ricadono sul proprietario che si assume i rischi economici dell’iniziativa.

Per rendere compatibile l’energia generata dai moduli fotovoltaici con le apparecchiature per usi civili ed industriali, si interpone tra i moduli e la rete un inverter; inoltre, per poter contabilizzare l’energia prodotta dall’impianto, vengono installati due contatori: uno che misura l’autoconsumo e l’energia che fluisce verso la rete, il secondo che contabilizza l’energia totale fotovoltaica prodotta che viene incentivata dal GSE.


Lo scenario futuro: GEN3
Sistemi a film sottile (triple) multijunction che utilizzando materiali semiconduttori come GaAs hanno portato ad ottimi risultati in termini di efficienza in laboratorio (oltre il 40%). Tuttavia, dato l’alto costo dei materiali ed il complicato sistema di progettazione e chimismo risultano essere, per ora, troppo onerosi, relegando le applicazioni di questa tecnologia solo al settore spaziale. Un ambito ancora da approfondire rimane quello dal fotovoltaico a Concentrazione CPV in cui si può risparmiare sui costi dei materiali (utilizzandone molto meno in confronto al “tradizionale”). Un’altra tecnologia fortemente innovativa è la LSO (Light – guide Solar Optic), in cui le celle fotovoltaiche sono applicate direttamente (e non come in quello a concentrazione) su speciali guide d’onda anziché lenti o specchi, evitando dispersioni prima che la luce incida sulla cella solare.

C’è infine il Fotovoltaico Organico che si ispira al processo della fotosintesi clorofilliana ed utilizza una miscela di materiali in cui un pigmento (a base vegetale come le antocianine dei frutti di bosco) assorbe la radiazione solare e gli altri componenti estraggono la carica per produrre elettricità.

Le tecnologie attualmente disponibili sono:

• Dye Sensitized (pigmento a base di TiO2 ed estrattore elettrolita);
  
  
• Organico (parte attiva è completamente organica o polimerica).

Tutti questi possibili sviluppi tecnologici saranno vitali quando, a partire dai prossimi anni, gli incentivi economici attuali non saranno più in vigore.


Desertec:
fantascienza o concreta possibilità?
Tra le applicazioni definite ad impatto globale del solare fotovoltaico c’è sicuramente DESERTEC. Prendendo spunto dal “Rapporto sui limiti dello sviluppo” del 1972 promulgato dal “Club di Roma”, dodici imprese tedesche facenti capo a diversi settori industriali avrebbero individuato il modo per risolvere i problemi di approvvigionamento energetico dell’Europa continentale, installando migliaia di collettori solari e turbine eoliche nel Sahara e ai suoi margini (di qui il nome Desertec).

Per la produzione di energia solare termica, è previsto l’uso di specchi al fine di concentrare la luce solare e creare in tal modo del calore atto a produrre il vapore necessario al funzionamento delle turbine e dei generatori.

Le quantità di calore in eccesso rispetto alla domanda potranno essere immagazzinate in serbatoi di sali fusi ed utilizzate per azionare le turbine nelle ore notturne o in corrispondenza di un picco della domanda.

L’energia così prodotta verrebbe infine trasportata in Europa attraverso la speciale rete di cavi sottomarini e terrestri di fondamentale importanza, dove soddisferebbe circa il 15% del fabbisogno energetico del Vecchio Continente, contribuendo a diminuire le emissioni di gas serra e ad abbassare i prezzi dell’energia stessa. In conclusione, quando si pensa alla tecnologia solare va sempre tenuto presente che se riuscissimo a captare e convertire appena l’1% dei raggi che illuminano il pianeta terra, si riuscirebbe a produrre il doppio di quanto oggi avviene con i combustibili fossili.