Nozioni di base: Le applicazioni del fotovoltaico

 

Le applicazioni

 

Stazioni elettriche

Molte stazioni fotovoltaiche sono state costruite, soprattutto in Europa. A partire dal luglio 2012, le più grandi centrali fotovoltaiche elettriche in tutto il mondo sono :

 

  1. Rovigo Photovoltaic Power Plant (Italia, 72 MW)

    Agua Caliente Solar Project (USA, 247 MW),

  2. Charanka Solar Park (India, 214 MW),
  3. Golmud Solar Park (Cina, 200 MW),
  4. Perovo Solar Park (Ucraina 100 MW),
  5. Sarnia Photovoltaic Power Plant (Canada, 97 MW),
  6. Brandenburg-Briest Solarpark (Germania 91 MW),
  7. Solarpark Finow Tower (Germania 84.7 MW),
  8. Montalto di Castro Photovoltaic Power Station (Italia, 84.2 MW),
  9. Eggebek Solar Park (Germania 83.6 MW),
  10. Senftenberg Solarpark (Germania 82 MW),
  11. Finsterwalde Solar Park (Germania, 80.7 MW),
  12. Okhotnykovo Solar Park (Ucraina, 80 MW),
  13. Lopburi Solar Farm (Thailàndia 73.16 MW),
  14. Rovigo Photovoltaic Power Plant (Italia, 72 MW),
  15. Lieberose Photovoltaic Park (Germania, 71.8 MW)

Ci sono anche molti grandi impianti ancora in costruzione:

  • Desert Sunlight Solar Farm in costruzione a Riverside County, California e
  • Topaz Solar Farm in costruzione a San Luis Obispo County, California (sono entrambi parchi fotovoltaici da 550 MW che utilizzano moduli solari a film sottile realizzati da First Solar),
  • La Blythe Solar Power Project è una stazione fotovoltaica da 500 MW in costruzione a Riverside County, California
  • La California Valley Solar Ranch (CVSR) si tratterà di un parco fotovoltaico da 250 megawatt (MW), che è in fase di costruzione da SunPower a Carrizo Plain, nordest della California Valley.
  • L’Antelope Valley Solar Ranch da 230 MW è un progetto della First Solar, che è in fase di costruzione nella zona Antelope Valley nella Western Mojave Desert, e dovrebbe essere completato nel 2013,
  • The Mesquite Solar è un impianto fotovoltaico in costruzione ad Arlington, Maricopa County, Arizona, proprietà di Sempra Generation. La prima fase del progetto avrà una capacità nominale di 150 megawatt.

Molti di questi impianti sono integrati con l’agricoltura e alcuni utilizzano innovativi sistemi di monitoraggio che seguono il percorso quotidiano del sole (sistemi tracker) attraverso il cielo per generare più elettricità rispetto ai convenzionali sistemi di montatura fissa. Non ci sono costi di carburante o emissioni durante il funzionamento delle centrali.

 

Negli edifici

I pannelli fotovoltaici sono spesso associati con edifici: integrati in esse, montati su di essi o al suolo vicino.

Schiere di pannelli sono spesso adattate in edifici esistenti, solitamente montati sulla parte superiore del tetto preesistente o sulle pareti. In alternativa, una fila può essere collocata separatamente dall’edificio ma collegata da cavi per alimentarlo. Nel 2010, più di quattro quinti dei 9000 MW operativi del fotovoltaico in Germania sono stati installati sui tetti. Impianti fotovoltaici integrati nella struttura di un edificio (BIPV, Building-integrated photovoltaics) vengono sempre più spesso costruiti oppure incorporati in nuovi edifici civili e industriali come fonte principale o accessoria di energia elettrica. Tipicamente, un impianto viene incorporato nel tetto o nelle pareti esterni di un edificio. Sono persino comuni tegole con celle fotovoltaiche integrate. Nel 2011 uno studio che ha fatto uso d’immagini termiche ha dimostrato che i pannelli solari, a condizione che vi sia uno spazio aperto in cui l’aria può circolare tra di loro e il tetto, forniscono un effetto di raffreddamento passivo degli edifici durante il giorno e in aggiunta riescono a mantenere il calore accumulato durante la notte. La potenza degli impianti fotovoltaici che vengono installati negli edifici è di solito descritta in unità di kilowatt di picco (kWp).

 

Nel settore dei trasporti

Pannelli fotovoltaici sono stati tradizionalmente usati per produrre l’energia elettrica nello spazio. L’effetto fotovoltaico è raramente utilizzato per fornire la forza motrice nelle applicazioni di trasporto, ma è sempre più utilizzato per fornire energia ausiliaria in barche e automobili. Un veicolo solare autonomo avrebbe limitato potere e bassa utilità’, ma un veicolo che usa il sole per ricaricarsi sarebbe in grado di consentire l’uso del energia solare per il trasporto (come dimostrano le innovative auto elettriche che ultimamente sono sempre più di moda).

 

Dispositivi autoalimentati.

Fino a una decina di anni fa, le celle solari sono state utilizzate spesso per alimentare calcolatrici e dispositivi d’innovazione. Miglioramenti nei circuiti integrati a bassa potenza e gli schermi a cristalli liquidi consentono di alimentare tali dispositivi per diversi anni prima della sostituzione delle batterie, rendendo l’uso non tanto comune. Al contrario, fissi dispositivi remoti alimentati a energia fotovoltaica hanno registrato un crescente utilizzo di recente in luoghi in cui il rilevante costo di connessione alla rete rende l’uso della rete elettrica proibitiva. Tali applicazioni includono pompe per l’acqua, parchimetri, telefoni di emergenza, compattatori di rifiuti, segnali stradali temporanei, posti remoti di guardia e segnali a distanza.

 

Elettrificazione rurale

A differenza degli ultimi dieci anni, che ha visto l’acquisto delle soluzioni fotovoltaiche principalmente da donatori internazionali, è ora la gente del posto che sta sempre di più aprendo il proprio portafoglio per compiere il passaggio dai mezzi tradizionali di energia al era del fotovoltaico. Questo perché i prezzi dei prodotti fotovoltaici negli ultimi anni sono calati fino a diventare meno cari del cherosene e delle batterie.

In Cambogia, per esempio, gli abitanti dei villaggi possono comprare una lanterna solare a 25 dollari e usarla per anni senza costi aggiuntivi, mentre la loro spesa precedente sul cherosene per l’illuminazione era di circa 2,5$ al mese, ovvero 30 dollari all’anno. In Kenya un kit solare che fornisce luce o alimenta una radio, oppure ricarica un telefono cellulare costa meno di 30 dollari nei negozi di vendita al dettaglio. Passando a questo kit un keniano può risparmiare 120 $ all’anno sul cherosene per l’illuminazione, per delle batterie della radio e la ricarica del telefono cellulare.

Paesi in via di sviluppo dove molti villaggi sono spesso più di cinque chilometri di distanza dalla rete elettrica stanno sempre più utilizzando il fotovoltaico. In luoghi remoti del India un programma per l’illuminazione rurale ha fornito led d’illuminazione alimentati a energia fotovoltaica per sostituire le lampade a cherosene. Le lampade a energia solare sono state vendute a circa il costo di approvvigionamento di alcuni mesi di kerosene. Cuba sta lavorando per fornire energia solare alle zone che sono fuori rete. Si tratta di aree in cui il costo sociale e altri vantaggi offrono un’occasione eccellente per scegliere il fotovoltaico, anche se la mancanza di redditività potrebbe relegare tali sforzi a obiettivi umanitari.

 

Autostrade solari

Nel dicembre 2008, il Dipartimento dei Trasporti dell’Oregon ha messo in servizio il primo impianto fotovoltaico in un’autostrada statunitense a livello nazionale. La schiera di 104 kilowatt (kW) produce energia elettrica sufficiente a compensare circa un terzo dell’energia elettrica necessaria per illuminare l’interscambio interstatale del autostrada in cui si trova.

Una sezione di strada lunga quarantacinque milia (72 km) in Idaho viene utilizzata per verificare la possibilità di installazione di pannelli solari sulla superficie stradale, le strade sono in genere libere da ostruzioni della luce solare e rappresentano circa la percentuale di superficie necessaria per sostituire altre fonti di energia con l’energia fotovoltaica.

 

Solare a spina

Nel 2012, è stato introdotto un pannello solare approvato che va semplicemente collegato a una presa elettrica. Rileva la tensione di rete e aspetta cinque minuti prima di attivare l’inverter, mentre si spegne immediatamente se la tensione viene rimossa dalla linea, eliminando così ogni rischio di toccare i poli della spina. Fino a cinque pannelli di 240 watt ciascuno possono essere collegati a una singola presa di corrente.

 

Vantaggi

Gli 89 PW (petawatt = 1015 watts) di luce solare che raggiungono la superficie della Terra sono abbondanti. Quasi 6.000 volte di più dell’equivalente 15 TW (terawatt =  1012 watts) di potenza media consumata dagli esseri umani. Inoltre, la generazione fotovoltaica di elettricità ha la più alta densità di potenza (media globale di 170 W/m2) tra le energie rinnovabili.

L’energia solare è priva d’inquinamento durante l’uso. La produzione di rifiuti finali e le emissioni sono gestibili utilizzando i controlli d’inquinamento già esistenti. Tecnologie di riciclaggio a fine uso sono attualmente in fase di sviluppo e sono in atto incentivi che favoriscono il riciclaggio da parte dei produttori.

Gli Impianti fotovoltaici sono in grado di funzionare per molti anni con poca manutenzione o interventi dopo la loro iniziale installazione, così dopo il costo del capitale iniziale per la costruzione di qualsiasi impianto solare, i costi di gestione sono estremamente bassi rispetto alle tecnologie per produrre energia già esistenti.

La connessione alla rete elettrica per l’energia prodotta può essere fatta localmente riducendo in tal modo le perdite di energia di trasmissione oppure della distribuzione (le perdite di trasmissione negli Stati Uniti erano circa il 7,2% nel 1995).

Rispetto alle fonti energetiche fossili e nucleari, per la ricerca e lo sviluppo delle celle fotovoltaiche è stato investito pochissimo denaro, per cui vi è ampio margine di miglioramento. Tuttavia, sperimentali celle solari ad alta efficienza già hanno efficienze superiori al 40% in caso si parli di celle fotovoltaiche a concentrazione e il grado dell’ efficienza è tuttora in rapido aumento, mentre i costi di produzione di massa sono in rapida diminuzione.

 

Svantaggi

In alcuni stati degli Stati Uniti d’America, gran parte del investimento in un impianto fotovoltaico per la casa può essere perso se il proprietario della casa si trasferisce e l’acquirente valuta meno l’impianto rispetto al venditore. La città di Berkeley ha sviluppato un metodo innovativo di finanziamento per rimuovere questa limitazione, con l’aggiunta di una tassa di accertamento che viene trasferita insieme alla casa per pagare i pannelli solari. Ora noto come PACE (Property Assessed Clean Energy, certificato di proprietà di energia pulita), 28 stati americani hanno copiato questa soluzione.

 

 

E con questo quarto articolo abbiamo finito questa serie, non disperate però altri argomenti ne seguiranno, alla prossima…

Nozioni di base: Le applicazioni del fotovoltaico
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