PIANO B 4.0 | 5.2 Celle fotovoltaiche e collettori solari termici


L’energia solare può essere sfruttata tramite celle fotovoltaiche (PV) e collettori solari termici. Il fotovoltaico, a base di semiconduttori di silicio o a film sottili, converte direttamente la luce del sole in elettricità . I collettori solari termici, a loro volta, convertono i raggi solari in calore che può essere usato, ad esempio, per riscaldare acqua per gli usi domestici. In altri casi, i collettori possono essere usati per concentrare i raggi del sole in un serbatoio d’acqua, per produrre vapore e generare elettricità .

Nel 2008 nel mondo sono stati installati circa 5.600 megawatt di celle fotovoltaiche, portando la potenza totale a circa 15 mila megawatt. Essendo una delle fonti energetiche con la crescita maggiore, la produzione delle celle fotovoltaiche sta salendo del 45% l’anno, raddoppiando ogni due. Nel 2006, la Germania installò 1.100 megawatt di potenza fotovoltaica e divenne il primo paese a crescere di più di un gigawatt in un solo anno.32

Fino a poco tempo fa, la produzione di celle fotovoltaiche era concentrata in Giappone, Germania e Stati Uniti, ma oggi sono numerosi i nuovi attori che stanno entrando in gioco, compresi Cina, Taiwan, Filippine, Corea del Sud ed Emirati Arabi Uniti. Nel 2006 la Cina ha superato gli Stati Uniti nella produzione di pannelli fotovoltaici. Taiwan ha fatto lo stesso nel 2007. Oggi sono numerose le aziende che competono sul mercato mondiale, investendo sia nella ricerca sia nella produzione.33

Attualmente ci sono circa 1,6 miliardi di persone che vivono in comunità  non ancora connesse a una rete elettrica: spesso è più economico installare pannelli fotovoltaici sul tetto piuttosto che costruire un impianto centralizzato e una rete per raggiungere i potenziali consumatori. Per gli abitanti dei villaggi andini, ad esempio, che hanno sempre usato candele di sego per l’illuminazione, la rata mensile per l’installazione di un sistema a pannelli solari, con dilazione a 30 mesi, è minore del costo mensile per le candele.34
Quando l’abitante di un piccolo villaggio compra un impianto fotovoltaico, sta in realtà  acquistando una fornitura di elettricità  per 25 anni: non dovendo poi sostenere costi per il combustibile e necessitando di una manutenzione minima, deve ricorrere a un finanziamento solo per l’investimento iniziale.

La Banca Mondiale e L’UNEP (United Nations Environment Programme, Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente) hanno promosso dei programmi per aiutare gli istituti locali a creare forme di credito dedicate al finanziamento di questa fonte di elettricità . Un prestito della Banca Mondiale ha aiutato 50 mila persone in Bangladesh, proprietarie di una casa, a installare sistemi fotovoltaici. Un secondo pacchetto di finanziamenti, più corposo, aiuterà  altre 200 mila famiglie a fare lo stesso.35

Gli abitanti dei villaggi indiani che non sono raggiunti dalla rete elettrica e dipendono dalle lampade a cherosene, affrontano costi analoghi. Installare un sistema solare domestico in India, batterie comprese, costa circa 400 dollari e può alimentare due, tre o quattro piccoli apparecchi o punti luce. Sono soluzioni molto usate nelle case e nei negozi al posto delle lampade a petrolio, inquinanti e sempre più costose. In un anno una lampada brucia circa 75 litri di cherosene che, a 80 centesimi di dollaro al litro, significa 60 dollari a lampada. Un sistema di illuminazione a pannelli solari, che rimpiazzi due lampade, si ripaga da solo entro quattro anni per poi diventare una fonte di elettricità  praticamente gratuita.36

Passare dal cherosene alle celle solari è particolarmente utile per combattere il cambiamento climatico. Anche se il miliardo e mezzo stimato di lampade a cherosene attualmente in uso costituisce meno dell’1% di tutta l’illuminazione residenziale, esso contribuisce al 29% delle emissioni di CO2 del settore dell’illuminazione domestica. Queste lampade utilizzano l’equivalente di un milione e trecentomila barili di petrolio ogni giorno, circa la metà  della produzione del Kuwait.37

Il costo dell’energia solare sta diminuendo velocemente nei paesi industrializzati. Michael Rogol e la sua società  di consulenza Photon stimano che, entro il 2010, nelle nazioni sviluppate le aziende integrate che si occuperanno di tutte le fasi della produzione di pannelli fotovoltaici inizieranno a installare sistemi per produrre elettricità  a 12 centesimi di dollaro per kilowattora nell’assolata Spagna e a 18 centesimi nella Germania meridionale. Anche se questi costi scenderanno al di sotto di quelli dell’elettricità  convenzionale in molte regioni, questo non si tradurrà  automaticamente in una completa conversione alle celle solari. Ma, come osserva un esperto del settore, il “big bang” è in arrivo.38
Gli investitori, dopo avere iniziato con installazioni residenziali da tetto relativamente piccole, si stanno ora interessando anche a impianti solari di grande scala. Una centrale da 20 megawatt completata nel 2007 in Spagna è stata, ma non per molto, il più grande impianto di questo tipo al mondo. Sempre la Spagna, infatti, nel 2008 ha rilanciato con un altro complesso da 60 megawatt. Installazioni ancora più grandi sono oggi in progettazione, compresi impianti da 80 megawatt in California e Israele.39

Alla metà  del 2008 Pacific Gas and Electric (PG&E), una delle due compagnie di servizi della California, ha annunciato un contratto con due aziende per realizzare installazioni fotovoltaiche con capacità  di generazione complessiva di 800 megawatt. Questo complesso, che si estenderà  su una superficie di 30 chilometri quadrati, genererà  tanta energia alla sua massima potenza quanta un impianto nucleare. L’asticella è stata alzata ancora una volta.40

All’inizio del 2009, i gruppi China Technology Development Group Corporation e Qinghai New Energy Group hanno annunciato una alleanza per la costruzione di un impianto solare fotovoltaico da 30 megawatt nella remota provincia di Qinghai. Questo è il primo passo per quello che si prevede essere un impianto da 1.000 megawatt. è un enorme salto nel futuro per un paese che è arrivato alla fine del 2008 con soli 145 megawatt di potenza installata in celle fotovoltaiche.41

Un numero sempre maggiore di paesi, stati e provincie stanno fissando obiettivi ambiziosi nel campo delle installazioni solari. L’industria solare italiana punta a 16 mila megawatt e il Giappone a 14 mila megawatt di potenza installata entro il 2020. Lo stato della California ha fissato un obiettivo per il 2017 di 3.000 megawatt. Il New Jersey si propone di realizzare 2.300 megawatt in installazioni fotovoltaiche entro il 2021, e il Maryland 1.500 megawatt entro il 2022.42

Ora che le nuove installazioni di pannelli solari raddoppiano ogni due anni (e presumibilmente continueranno a farlo almeno fino al 2020), i 5.600 megawatt messi in produzione nel 2008 saliranno a 500 mila annui nel 2020. Prima di quella data, la capacità  installata supererà  i 1.500 gigawatt. Anche se questa stima può sembrare ottimistica, potrebbe in realtà  risultare prudente se non altro perché se molti dei circa 1,6 miliardi di individui che oggi non hanno elettricità  ne disporranno entro il 2020, ciò avverrà  con buona probabilità  grazie a impianti solari domestici.43

Un altro sistema molto promettente per sfruttare l’energia solare su larga scala utilizza semplicemente degli specchi per concentrare la luce su un serbatoio chiuso contenente acqua o un altro fluido; riscaldandolo si produce vapore che fa muovere una turbina.
Quest’applicazione della tecnologia solare termica, spesso chiamata “solare a concentrazione” (nota in inglese come CSP, Concentrating Solar Power), è apparsa per la prima volta dopo la costruzione di un impianto di generazione solare termica da 350 megawatt in California. Da quando è stato completato nel 1991, è rimasto l’unico complesso solare termico al mondo su grande scala fino alla realizzazione di un secondo impianto da 64 megawatt in Nevada nel 2007. All’inizio del 2009, gli Stati Uniti contavano su 6.100 megawatt di impianti di generazione solare termica in fase di sviluppo e per l’energia da loro prodotta sono già  stati firmati contratti di acquisto a lungo termine.44

Alla metà  del 2009 Lockheed Martin, una azienda specializzata in difesa aerospaziale e information technology, ha annunciato che stava costruendo un impianto solare a concentrazione da 290 megawatt in Arizona. Questo impianto, al pari di altre installazioni dello stesso tipo, avrà  una autonomia di sei ore, grazie alla energia immagazzinata, e quindi sarà  in grado di generare elettricità  fino a mezzanotte e oltre. L’ingresso nel campo del solare da parte di un gruppo con un giro di affari da 43 miliardi di dollari e con una grande capacità  di progettazione, è un altro segnale di un nuovo impegno generale a catturare l’energia solare presente in abbondanza sulla Terra.45
Come già  riportato, il governo dell’Algeria ha un piano per realizzare una capacità  di generazione elettrica da solare termico di 6.000 megawatt, da esportare in Europa con cavi sottomarini. Il governo tedesco ha risposto velocemente all’iniziativa algerina con un piano per la costruzione di una linea di trasmissione ad alta tensione di 3.000 chilometri da Adrar, in pieno deserto algerino, fino ad Aachen, città  tedesca al confine con l’Olanda.46

Il primo impianto in costruzione in Algeria è un’installazione ibrida solare/gas naturale, nella quale il gas interviene nella generazione di elettricità  nel momento in cui il sole tramonta. Benché i primi impianti di questo enorme progetto siano ibridi, New Energy Algeria, l’azienda governativa creata per incoraggiare lo sviluppo delle energie rinnovabili, prevede di passare al più presto al solare termico in forma esclusiva. Questi centrali probabilmente useranno sali fusi o altri fluidi per immagazzinare calore ed estendere di diverse ore la generazione di elettricità  oltre il tramonto e superare le ore serali, quando la domanda di energia è elevata.47

Gli impianti statunitensi in via di sviluppo e l’annuncio di questo piano algerino sono stati i primi segnali dell’ingresso del mondo nell’era del solare termico su grande scala. Entro la fine del 2008 erano in realizzazione già  60 di questi impianti destinati a un uso commerciale, la maggior parte dei quali negli Stati Uniti e in Spagna. Otto dei dieci impianti più grossi (con dimensioni da 250 a 900 megawatt) verranno costruiti negli Stati Uniti, la maggior parte dei quali in California. Nei primi mesi del 2009 ne sono stati annunciati diversi altri. BrightSource Energy ha dichiarato, insieme a Southern California Edison, un pacchetto “bomba” di sette progetti con una capacità  totale di 1.300 megawatt; subito dopo ha svelato un identico accordo con PG&E. NRG, una azienda con sede in New Jersey, ed eSolar hanno annunciato che svilupperanno insieme 500 megawatt di impianti a concentrazione solare nel sud-ovest degli Stati Uniti.48

La Spagna, un’altra superpotenza solare, ha circa 50 impianti, ognuno dei quali con dimensione vicina a 50 megawatt, in varie fasi di sviluppo. Esiste un fiorire di impianti a concentrazione in fase di proposta in altri paesi, come Israele, Australia, Sudafrica, Emirati Arabi ed Egitto. Almeno una dozzina di paesi, baciati dal sole, hanno riconosciuto il potenziale di questa fonte di elettricità  inesauribile e a basso costo e si stanno muovendo per approfittarne.49

L’India è uno dei paesi per cui gli impianti a concentrazione sono ideali. Benché questa nazione non abbia le stesse potenzialità  eoliche di Cina e Stati Uniti, il Grande Deserto Indiano, nella parte nord-occidentale del paese, offre enormi opportunità  per gli impianti solari termici. Centinaia di installazioni posizionate nel deserto potrebbero soddisfare la maggior parte del fabbisogno indiano. Data inoltre la particolare conformazione geografica di questo paese, le linee di trasmissione con cui connettere i siti di produzione ai centri maggiormente popolati potrebbero essere relativamente corte.

I costi dell’elettricità  ricavata dal solare termico stanno diminuendo velocemente. Oggi il costo si aggira dai 12 ai 18 centesimi di dollaro per kilowattora. L’obiettivo del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti è investire in ricerca per abbassare il costo entro il 2020 a 5-7 centesimi di dollaro per kilowattora.50

Sappiamo che l’energia solare è abbondante. La American Solar Energy Society dichiara che esistono sufficienti risorse di solare termico nel sud-ovest degli Stati Uniti per coprire un fabbisogno pari a quasi quattro volte l’attuale richiesta di energia americana. L’ U.S. Bureau of Land Management, l’agenzia che gestisce i terreni pubblici, ha ricevuto richieste di concessione di diritti per sviluppare impianti solari termici e complessi fotovoltaici per una potenza totale di 23 mila megawatt in Nevada, 40 mila megawatt in Arizona e oltre 54 mila megawatt nelle regioni desertiche della California meridionale.51

A livello globale, Greenpeace, l’European Solar Thermal Electricity Association e il programma SolarPACES della International Energy Agency hanno sottoscritto un progetto mondiale per lo sviluppo di impianti solari termici per un milione e mezzo di megawatt di potenza entro il 2050. Noi, per il Piano B, suggeriamo un obiettivo mondiale più immediato di 200 mila megawatt entro il 2020, limite che potrebbe anche essere superato, a mano a mano che il potenziale economico di questa applicazione diverrà  più evidente.52

La diffusione dell’energia solare sta accelerando in conseguenza anche dell’impiego del solare termico nel campo del riscaldamento dell’acqua per usi sanitari e per il riscaldamento per gli edifici. In Cina, ad esempio, i termocollettori solari sono già  stati installati su 27 milioni di tetti. Con 4.000 compagnie cinesi che li producono, questa tecnologia relativamente semplice e a basso costo si è diffusa nei villaggi dove manca ancora l’elettricità . Per appena 200 dollari, i loro abitanti possono installare un collettore solare e godersi per la prima volta una doccia calda. Questa tecnologia si sta diffondendo a macchia d’olio in Cina, e in alcune aree ha già  saturato il mercato. Pechino sta pianificando di incrementare gli attuali 14 milioni di metri quadrati di collettori solari termici portandoli a 300 milioni entro il 2020.53

L’energia raccolta in Cina con queste installazioni è pari a quella generata da 49 centrali a carbone. Altri paesi in via di sviluppo come l’India e il Brasile potrebbero vedere presto milioni di case convertirsi a quest’economica tecnologia di riscaldamento dell’acqua. La diffusione nelle aree rurali prive di rete elettrica è simile a quella avvenuta per la telefonia mobile, che ha soppiantato la tradizionale rete fissa, fornendo servizi a milioni di persone che sarebbero ancora in lista d’attesa se si fossero affidate alle reti tradizionali. La grande attrattiva dei termocollettori è che, una volta pagata l’installazione, l’acqua calda è praticamente gratuita.54

Anche in Europa, dove i costi dell’energia sono relativamente alti, i collettori solari termici si stanno diffondendo rapidamente. In Austria, il 15% delle case li usa per l’acqua calda. Come in Cina, in alcuni villaggi austriaci si trovano già  su quasi tutte le abitazioni. Anche la Germania sta avanzando rapidamente. Janet Sawin, del Worldwatch Institute, sottolinea che circa due milioni di tedeschi vivono in case in cui sia l’acqua calda a uso sanitario sia quella per il riscaldamento è fornita dai termocollettori solari.55

Sulla scia della rapida adozione del solare termico per questi utilizzi, la European Solar Thermal Industry Federation (ESTIF) ha stabilito l’ambizioso traguardo di 500 milioni di metri quadrati di collettori solari, ovvero un metro quadrato per ogni europeo entro il 2020, obiettivo che supera gli 0,93 metri quadrati pro capite attualmente installati a Cipro, il leader mondiale. Molte installazioni sono progettate come sistemi combinati per riscaldare sia l’acqua che gli ambienti.56

I collettori solari presenti in Europa sono concentrati in Germania, Austria e Grecia, con Francia e Spagna che stanno muovendo i primi passi. L’iniziativa della Spagna è stata promossa da un decreto del marzo 2006 che imponeva l’installazione di collettori in tutti gli edifici nuovi o ristrutturati. Il Portogallo si è mosso rapidamente con un decreto analogo. L’ESTIF stima che l’Unione Europea ha un potenziale di sviluppo a lungo termine di 1.200 gigawatt di solare termico per il riscaldamento di acqua e ambienti, il che significa che il sole potrebbe soddisfare gran parte del fabbisogno di riscaldamento a bassa temperatura degli europei.57

L’industria statunitense dei termocollettori solari da installare sui tetti si è finora concentrata su un mercato di nicchia, vendendone e commercializzandone 10 milioni di metri quadrati tra il 1995 e il 2005, utilizzati per il riscaldamento di piscine. Nonostante questa ristretta base di partenza, l’industria è stata comunque in grado di soddisfare le richieste del mercato residenziale dei sistemi solari di riscaldamento nel momento in cui nel 2006 sono stati introdotti gli sgravi fiscali federali. Infatti, con in testa le Hawaii, la California e la Florida, l’installazione di questi sistemi è triplicata nel 2006 e da allora ha continuato a crescere velocemente.58

Abbiamo ora i dati per fare delle proiezioni globali. Con la Cina che ha stabilito un obiettivo di 300 milioni di metri quadrati di capacità  solare termica entro il 2020, e il target dell’ESTIF di 500 milioni di metri quadrati in Europa per la stessa data, è sicuramente realizzabile l’installazione negli Stati Uniti di 300 milioni di metri quadrati entro quell’anno grazie agli incentivi fiscali recentemente adottati. Il Giappone, che possiede oggi 7 milioni di metri quadrati di termocollettori solari per l’acqua, ma che importa quasi tutto il suo fabbisogno di combustibile fossile, potrebbe facilmente raggiungere 80 milioni di metri quadrati per il 2020.59

Se la Cina, gli Stati Uniti, il Giappone e l’Unione Europea raggiungessero i loro obiettivi, entro il 2020 si avrebbe una capacità  solare termica complessiva di 1.180 milioni di metri quadrati. Considerando anche i paesi in via di sviluppo, Cina esclusa, il totale potrebbe superare il miliardo e mezzo di metri quadrati, per una capacità  termica solare mondiale entro il 2020 di 1.100 gigawatt termici, l’equivalente della produzione di 690 centrali a carbone.60

La notevole espansione del solare termico, per il riscaldamento di acqua e ambienti, prevista nei paesi industrializzati potrebbe portare alla chiusura di alcuni impianti a carbone esistenti e a ridurre l’utilizzo del gas naturale, dal momento che gli impianti solari rimpiazzerebbero i boiler elettrici e a gas. In altri paesi come India e Cina, comunque, gli impianti solari termici ridurranno semplicemente il bisogno di nuovi impianti a carbone.

Una delle ragioni che spiegano la crescita esplosiva dei termocollettori in Europa e Cina è la loro attrattiva economica. In media, nei paesi industrializzati questi sistemi si ripagano da soli, in termini di risparmio di energia, in meno di dieci anni, oltre a essere una buona risposta ai timori relativi alla sicurezza energetica e al cambiamento climatico.61

Con il costo dei termocollettori in discesa, specialmente in Cina, diversi altri paesi tenderanno ad allinearsi con Israele, Portogallo e Spagna nel richiedere per legge che tutti i nuovi edifici siano muniti di impianti solari termici. Non più una moda passeggera, questi dispositivi sui tetti stanno entrando rapidamente nell’uso comune.62

Per concludere, lo sfruttamento dell’energia solare si sta espandendo su ogni fronte al crescere dei timori relativi ai cambiamenti climatici e alla sicurezza energetica, grazie alla diffusione degli incentivi governativi per lo sfruttamento dell’energia solare, al diminuire dei costi relativi e alla contemporanea ascesa del prezzo dei combustibili fossili. Nel corso del 2009 la nuova potenza da fonti solari installata negli Stati Uniti ha superato per la prima volta quella dei nuovi impianti a carbone.63

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