Energia Solare Fotovoltaica


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Ricercato dall'Interpol, Reato: pedofilia, Residenza: Italia o Francia, parla perfettamente l'italiano, Nome: Christopher Ward DEININGER.
Scheda Interpol
I pannelli fotovoltaici (celle fotovoltaiche) attualmente in commercio hanno durata che solitamente è di 30 anni (ma la resa energetica è garantita per 20 anni), solitamente si trovano costi reali di produzione dell'energia elettrica da fotovoltaico pari a 30€cent per Kwh per impianti domestici.

Secondo il DL 387/2003 che paga il fotovoltaico in "conto energia" (qui un resoconto), l'energia elettrica dal sole viene venduta all'enel al prezzo di circa 60€cent al Kwh. Nell'estate 2005 è stato emanato una nuovo decreto attuativo che offre un pagamento sopravvalutato dell'energia prodotta dai pannelli fotovoltaici, si parla di 0.445 € per Kwh per 20 anni per piccoli impianti fino a 3Kwh.

Se si paragonassero i produttori di energia elettrica fotovoltaica ai grossi produttori di energia elettrica da fonte generica quali l'Enel si hanno prezzi di quest'ultima pari a circa (dati di marzo 2005, fonte dettagliata) 7€cent per Kwh, per una fonte intermittente quale il fotovoltaico il prezzo dovrebbe essere inferiore di un 35-50%, pari a circa 3.5-4.5€cent.

Il rapporto tra il prezzo di mercato e il prezzo agevolato della corrente elettrica proveniente dai pannelli fotovoltaici è di 1 a 15. In termini economici il fotovoltaico domestico è un fallimento ma esistono altri lati importanti della questione.

Una famiglia che spende 3000€ (più altri costi, soprattutto l'inverter) per 1Kwh di picco di celle fotovoltaiche in silicio amorfo può ragionare in modo semplicistico, in 30 anni può aspirare ad avere fino a:


Mwh in 30 anni Valore (13 €cent/Kwh) Valore (28 €cent/Kwh)
Italia settentrionale 37.2 4'800 € 10'400 €
Italia centrale 45.9 6'000 € 12'800 €
Italia meridionale 50.4 6'600 € 14'100 €

dove il valore reale dell'energia elettrica è stato posto pari sia a 13 centesimi al kilowattora, un valore che l'Enel dice costare la corrente, sia a 28 €cent/Kwh che è il valore che molte famiglie si trovano a pagare in bolletta i kwh/anno oltre i 2640. Tariffe Enel. Per chi eccede i 2640 Kwh/anno, i pannelli solari fotovoltaici permettono di fare scendere i consumi Enel e ritornare nello scaglione tariffario da circa 13 €cent/Kwh.

Questo ragionamento semplice semplice che non considera il prezzo incentivato statale parte dall'assunto che in questi anni l'energia sta continamente aumentando col caro petrolio e qualcuno potrebbe considerare poco sicuro non avere una fonte certa di energia elettrica come dei pannelli sopra il tetto.

Se l'energia elettrica attuale che è basata sul petrolio, sul gas, sul carbone e sul nucleare dovesse salire di molto di prezzo allora l'energia del sole sarebbe per una famiglia una disponibilità preziosa. Se il prezzo della corrente raddoppiasse i valori reali salirebbero a 9'600€, 12'000€ e 13'200€, quindi avere investito in pannelli solari sarebbe stato sia un affare economico ma soprattutto la garanzia di avere corrente elettrica in casa anche se non ci fossero più molti soldi per comprarla.

Col prezzo incentivato che ho trovato si guadagnano indicativamente e grossolanamente (si legga questo testo per i calcoli economici esatti):


Mwh in 20 anni Valore agevolato in €
Italia settentrionale 24.8 11'000
Italia centrale 30.6 13'600
Italia meridionale 33.6 14'952

Il mio conteggio è semplicistico, ho semplicemente moltiplicato il sole medio per il prezzo agevolato di 0.445€/Kwh, non ho considerato l'inflazione, il tasso di sconto e le particolarità del decreto, comunque nessuno può dire quanto costerà e quanto varrà l'energia in futuro.

Poi è bene educare la gente al risparmio energetico e a non inquinare tramite l'energia del sole, inoltre questi pannelli sono stati costriuti quando il petrolio costava poco e ve ne era in abbondanza quindi è "petrolio condensato".

Ora come ora siamo lontani dai rendimenti economici dell'eolico che costa 6€cent/Kwh. Ma anche qui vi sono delle ombre, per esempio una torre eolica usa moltissimo ferro che nell'ultimo anno è raddoppiato di prezzo.

Occorre aggiungere che ogni pannello è fatto con silicio il cui procedimento di produzione consuma attualmente diversa energia oltre a questo è mia opinione che i costi amministrativi cioè di brevetti, di manodopera intellettuale e non, siano una parte importante del costo del fotovoltaico. Più il petrolio sale e più ci accorgiamo che gli stipendi scendono rispetto all'energia, quando il costo di un ingegnere sarà molto basso il fotovoltaico sarà secondo me una fonte di energia molto interessante economicamente anche senza incentivi.

La questione di quanta energia ci voglia per fabbricare un pannello fotovoltaico è una questione molto complessa e riguarda l'EROEI che corrisponde al numero di pannelli solari che si possono fare mediante l'energia prodotta da un singolo pannello solare nella sua vita. Gli EROEI per il fotovoltaico sono abbastanza buoni, per i pannelli tipo quelli in silicio amorfo si parla di un numero intorno a 10 e destinato ad aumentare in futuro. Il Prof Bardi ha fatto una trattazione sull'EROEI del fotovoltaico e di altre fonti.

Per confronto il petrolio ha EROEI che nei tempi migliori era di 100 attualmente è di 5-15, l'eolico di 20-30.


Pannelli in silicio Amorfo

Il silicio amorfo depositato in film su un supporto opportuno rappresenta una scelta concreta per avere il fotovoltaico a costi bassi rispetto a pannelli che usano altre forme del silicio. I pannelli in amorfo vengono indicati con la sigla a-Si e hanno costi inferiori rispetto al monocristallino, il costo per ogni Watt producibile con questa tecnologia è del 25-40 % inferiore rispetto alle altre tecnologie fotovoltaiche (fonte ecorete).

Secondo la stessa fonte i pannelli in a-Si necessitano di un quantitativo abbastanza basso di energia per essere prodotti, l'EROEI arriva fino a 10-12. Ecorete pubblica dei prezzi per tali pannelli con supporto in vetro che sono di circa 3 euro per ogni watt di picco, con una densità di energia di 50 watt di picco per metro quadro di pannello. Il silicio policristallino e quello monocristallino hanno costi superiori ma anche densità più elevate.

Secondo  Tecnotin(sito in costruzione) l'amorfo costa il 15% in meno del policristallino, come piccolo difetto si ha una maggiore superficie necessaria per questi pannelli, dal 40 al 100% in più. I prezzi per il piccolo utente finale sono (secondo me) di 3€/Wp per l'amorfo, 4€/Wp per il policristallino e 5€/Wp per il monocristallino.

L'amorfo ha caratteristiche particolari che però non cambiano i costi indicati, sono solo questioni tecniche. Dopo tre-sei mesi il rendimento iniziale dell'a-Si cala e si stabilizza su un meno 20%, in seguito si ha un calo dell'1% ogni anno, inoltre l'efficienza intesa come capacità di trasformare l'energia del sole in energia elettrica è molto più bassa del monocristallino, quindi sono necessarie aree più grandi per avere la stessa energia. Comunque come già detto è complessivamente più economico.

Nel peggiore dei casi un pannello in a-Si ha nei primi 20 anni una potenza media che è il 90% della potenza di picco, quindi se il prezzo di vendita è di 3€/Wp, in realtà diventa 3.33€/Wp (3€/0.90) per pannelli fatti funzionare per 20 anni. Comunque l'amorfo rimane più economico delle altre tecnologie.

In più l'amorfo rispetto al monocristallino ha maggiore capacità di trasformare la luce solare quando il sole è forte e quando il sole è debole, sono differenze non di grande rilevanza, si parla di un 5-10-15%. Ci sono studi che dimostrano che in un anno si produce più energia per ogni watt di picco fatti con l'amorfo rispetto ad altre tecnologie.

Due aspetti negativi dell'a-Si sono la ciclicità stagionale della resa energetica, in pratica i watt di picco variano di un 5% con le stagioni, poi dopo 25 anni un pannello in amorfo rende il 75% della potenza iniziale mentre il c-Si e il pc-Si hanno rese costanti negli anni.

Esiste anche l'amorfo depositato su supporto in acciaio invece che su vetro. La Unisolar usa una tecnologia seriale che deposita il silicio su lamiere di acciaio lunghe alcuni chilometri, la ditta afferma che le prospettive future sono di arrivare ad avere costi migliori rispetto alla deposizione su vetro.

Riassumendo i vantaggi dei pannelli in silicio amorfo sono un costo minore e un EROEI più alto della categoria, lo svantaggio è una maggiore superficie usata (dal 40 al 100% in più).

Alcuni prezzi trovati in Rete che possono servire da riferimento:

Materiale Costo i.i. (10%) Ingombro/pesi Link
Pannelli fotovoltaici in silicio amorfo FV40
2'000 Watt di picco (50 moduli da 40 w)
6'750 39.5 m2
Peso: 675 Kg
Eco Rete
(link pannello)
Inverter Fronius IG20
1900-2700 Watt d'ingresso
2'128 366x344x220 mm
Peso: 9 Kg
Il portale del sole
(link inverter)
Installatore 1000-2000 € ?

Con un impianto come questo si producono e si guadagna il seguente:


Mwh in 20 anni Valore agevolato
Italia settentrionale 49.6 22'000
Italia centrale 61.2 27'000
Italia meridionale 67.2 30'000

Ho trovato alcuni commenti in Rete che parlano di alcune carenze dell'amorfo per quanto riguarda le garanzie del rendimento a lungo termine. Quel che ho trovato è un documento sul sito governativo USA sulle rinnovabili (NREL) che parla delle celle FV in amorfo della EPV. Afferma che la garanzia di questa industria per l'a-Si di 20 anni con prestazioni dell'80% e di 25 anni con prestazioni del 75%, è in linea con i dati da loro misurati.

In pratica la potenza erogata da loro misurata su un grande impianto fotovoltaico in amorfo della EPV dal 1994 per 4 anni, cala di un 0.5-1% all'anno. Nel documento si precisa che la qualità del pannello è importante per una lunga durata con alte prestazioni. Da notare l'effetto importante delle stagioni sulla potenza erogata (5-8%). Il test è stato condotto per 4 anni, attualmente quell'impianto ha oltre 11 anni.

Da quel che ho visto la Tecnotin utilizza anche pannelli fotovoltaici in amorfo della EPV oltre che della Kaneka. Per esempio il modulo Gea della Kaneka ha una garanzia di anni 12/90% e di anni 25/80%.

Una interessante tabella:

Efficienza del modulo (%) Nome del pannello e tecnologia Potenza di picco (Wp) Prezzo stimato ($/Wp)
11.0 WürthSolar WS31050/80 (CIS) 80 Sopra $3/Wp
9.4 Shell Solar ST-40 (CIS) 40 Sopra $3/Wp
9.0 First Solar FS65 (CdTe) 65 Sotto $3/Wp
6.9 Antec-Solar ATF50 (CdTe) 50 Sotto $3/Wp
6.4 Mitsubishi Heavy MA100 (single j. a-Si, VHF deposition) 100 Sotto $3/Wp
6.3 Kaneka GEA/GSA (single-j. a-Si) 60 Sotto $3/Wp
6.3 Uni-Solar US-64 (triple-j. amorphous silicon on Stainless Steel) 64 $3.3/Wp
5.3 RWE Schott ASI-F32/12 (same bandgap a-Si tandem) 32.2 Varies

Compilata da Bolko von Roedern, 8/2005, prezzi stimati per grandi quantità di moduli. Tabella originale link.

Un conoscente via email ha installato un impianto fotovoltaico in silicio policristallino da 2000 watt di picco, il costo è stato di 12 mila euro, presumibilmente le celle sono costate 8 mila euro (4€/Wp), con l'amorfo avrebbe speso 6 mila euro (3€/Wp).

Esistono inoltre speranze per il solare mediante celle polimeriche ma sono ancora sperimentazioni insieme a molte altre.

Il Sole in Italia

Per capire quanta energia possa fornire una cella fotovoltaica da un watt di picco è utile la seguente tabellina:

Insolazione media sul piano inclinato di 30° sull'orizzonte e rivolto a sud
Zone/Ore annuali Minimo (media) Media Massimo (media)
Italia settentrionale 440 1'240 1'830
Italia centrale 580 1'530 2'190
Italia meridionale 730 1'680 2'370

In pratica a Roma c'è da aspettasi che una singola cella da un watt di picco generi da 580 a  2'190 wattora all'anno con un valore medio di 1.5Kwh all'anno. Questa energia è garantita dal costruttore tipicamente per 20 anni e quindi i romani si aspettano almeno 30Kwh per cella.

Enegia resa rispetto all'energia consumata (E.R.O.E.I.)

Questa è una bozza (work in progress) stilata da Francesco Pasqualin e posta sul sito energoclub (formato foglio di calcolo .xls OpenOffice.org/MS Excel). Vengono riportate le rese energetiche (E.R.O.E.I.) di varie fonti usate per produrre energia elettrica e il numero di anni (Energy Pay-back) per avere l'equilibrio tra energia spesa ed energia fornita.


Nucle Carb Olio Gas(*) Fotov Eolico Idro Geoterm Elioter Bioenerg

E.R.O.E.I.
(**)
30.0 9.0 10.0 7.0 10.0 30.0 100.0 50.0 40.0 10.0
Energy
Pay-back
(EROEI)
1.0 3.3 3.0 4.3 3.0 1.0 0.30 0.60 0.75 3.0
(*) Centrale elettrica a gas a ciclo combinato
(**) EROEI:
“Ritorno Energetico sull’Investimento Energetico,” ovvero “Energy Return On Energy Investment” (EROEI). L’EROEI è il rapporto fra l’energia investita per costruire un impianto e l’energia che questo impianto produrrà durante la sua vita attiva.

Articolo parzialmente riscritto il 12 set 2005. Modificato il 17 set 2005.

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