Baraonda energetica, II: il solare

Il Sole! La nostra stella! La nostra grande stella, che poi, a ben guardare, tanto grande non è… ma forse è meglio, perché dopo 5 miliardi di anni di vita ne ha circa altrettanti davanti, mentre altre stelle nascono e muoiono nel giro di qualche milione di anni, di fatto impedendo la nascita della vita. E comuque non è neppure così piccola, dato che nella cinquantina di sistemi stellari entro i 17 anni luce di distanza da noi, il Sole è la quinta stella più luminosa dopo Sirio, Altair, Procione ed Alpha Centauri.

Il Sole splende nel nostro cielo in maniera prepotente ed incurante di ciò che succede nel nostro pianeta, emettendo in un solo secondo la quantità di energia che tutte le centrali elettriche della Terra produrrebbero in oltre due milioni di anni. Ovviamente, però, solo una minima parte di questa potenza arriva sulla Terra: si tratta di ben 174 400 TW (terawatt, cioè mille miliardi di watt), quando tutto il mondo ha bisogno di una potenza media di appena 16 TW circa. Cioè, neanche di una parte su diecimila… In realtà, di tutta quella potenza solo la metà circa arriva effettivamente al suolo, mentre il resto viene riflesso nello spazio o assorbito dall’atmosfera, ma è sempre un quantitativo enorme.

Ma, come è naturale, è difficile avere una dovuta comprensione di questi dati. Meglio rispondere subito: quanta di questa energia possiamo sfruttare? È presto detto: il progetto PVGIS della Comunità Europea ci viene incontro e ci dice che a Roma, come media in un intero anno, su ogni metro quadro di suolo arrivano 4.041 kWh di energia dal Sole ogni giorno. Cioè, neanche 170 W di potenza, su un metro quadrato di superficie. Rispetto ai numeri stratosferici snocciolati poco fa, questi sembrano davvero poca roba. Intendiamoci, non sono poi malaccio: è come se ci fosse una lampada alogena sempre accesa in ogni metro quadrato dei dintorni di Roma! È un sacco di energia che ci viene fornita gratis, e dobbiamo solo trovare un modo di recuperarla. Il grande quesito ora è: come?

Pannelli fotovoltaici (da Wikipedia)

Pannelli fotovoltaici (da Wikipedia)

Un modo per produrre direttamente elettricità è quello di utilizzare i pannelli fotovoltaici. Si tratta di un sistema che trovo molto elegante per produrre elettricità, perché estremamente diretto e modulare (cioè, è possibile costruire impianti di qualsivoglia dimensione). Molte persone indicano questo metodo come il futuro della produzione di energia elettrica, tralasciando alcuni particolari: in primis, il fotovoltaico è estremamente costoso, nell’ordine del migliaio di euro per ogni metro quadrato di pannelli installati; in secondo luogo, l’efficienza dei pannelli commercialmente venduti è relativamente bassa, tra l’8% ed il 16%, e ciò vuol dire che solo una piccola parte di quei 170 W per metro quadrato vengono effettivamente convertiti in potenza elettrica (i pannelli delle applicazioni aerospaziali raggiungono efficienze dell’ordine del 40%, ma grazie a materiali estremamente costosi ed inquinanti). Per fare i conti, una centrale fotovoltaica che produca una media di 1 GW (gigawatt, un miliardo di watt) nell’arco di un anno, supponendo un’efficienza dei pannelli del 15%, nei dintorni di Roma dovrebbe occupare ben 40 ettari, e costare la cifra esorbitante di 40 miliardi di euro… Cioè, più della manovra economica di Padoa Schioppa nel 2007!

Senza ancora aver menzionato il fatto che è necessario un inverter per convertire la corrente continua proveniente dai pannelli nella comune corrente alternata della rete elettrica, con un’ulteriore perdita del 10% circa, e che i pannelli fotovoltaici perdono circa l’1% di resa ogni anno, credo che sia chiaro che il fotovoltaico non può essere, attualmente, un metodo economicamente valido per la produzione di massa di energia elettrica, e non lo sarà nemmeno nei prossimi decenni. Non finché i costi saranno così elevati e le efficienze così basse. I pannelli fotovoltaici hanno il loro perché nelle piccole apparecchiature volte a soddisfare le esigenze elettriche di piccoli utilizzatori distaccati dalla rete elettrica, non di più.

2)Serbatoio di accumulo; 4)Pannello di assorbimento (da Wikipedia)

2)Serbatoio di accumulo; 4)Pannello di assorbimento (da Wikipedia)

Molti dei pannelli solari che vediamo già oggi installati sui tetti delle case, invece, sono dei collettori solari termici, il cui scopo è quello di riscaldare l’acqua contenente in un serbatoio per fornire acqua calda all’abitazione. Non si tratta, quindi, di elettricità, ma comunque di qualcosa che si utilizza comunemente ed in abbondanza. Il costo è comunque alto, intorno ai 600-800 euro al metro quadrato (in dipendenza anche dalle dimensioni del serbatoio), e con il problema della maggior efficacia proprio quando meno serve, cioè d’estate. Tuttavia, a seconda dei casi si può arrivare ad ammortizzare l’investimento (cioè, a risparmiare tanti soldi quanti sono stati necessari per comprare l’impianto) in 3-8 anni, quando l’impianto ha una vita di circa 20 anni, e può essere un modo importante per risparmiare, soprattutto il gas per il riscaldamento: si tenga conto che l’efficienza di questi impianti si aggira intorno al 70%, cioè del calore che ci arriva dal Sole sette parti su dieci vengono effettivamente trasferite al serbatoio d’acqua. Contando che riscaldamento ed acqua calda corrispondono a circa il 70-80% del fabbisogno energetico di un’abitazione italiana (il resto è elettricità), il risparmio può farsi interessante. Ma è chiaro che non è un metodo per produrre energia elettrica e non può essere sfuttato in grandi centrali, se non per qualche progetto di teleriscaldamento.

Solare termodinamico (a concentrazione)

Solare termodinamico (a concentrazione)

Un altro metodo per la produzione di energia elettrica dal sole è quello del solare termodinamico. Questo sistema riprende l’antichissimo concetto degli specchi parabolici per concentrare i raggi solari su un tubo contenente una miscela di oli o sali, in grado di raggiungere la temperatura di circa 400-550 °C. Tale miscela viene poi coinvogliata nelle turbine per la produzione di corrente, e quindi reimmessa nell’impianto. In totale, l’efficienza della centrale si attesta intorno al 15%, simile a quella dei sistemi fotovoltaici, ma a costi più contenuti (meno della metà). Si tratta, però, sempre di costi molto elevati.

Un vantaggio di queste centrali, rispetto al fotovoltaico, è che la produzione è molto più stabile perché i sali vengono tenuti in tubi coibentati e può lavorare anche durante la notte; tra gli svantaggi, oltre ai costi già citati, c’è la grande occupazione del territorio e la parziale perdita della modularità dell’impianto. Al mondo, esistono pochi esempi di queste centrali, tutte di recente costruzione. L’americana Nevada Solar One produce una media di 15.3 MW di potenza elettrica, su una superficie di 160 ettari. Per coprire il fabbisogno di elettricità italiana ci vorrebbero più di 2500 centrali di questo tipo, con una superficie complessiva di 4000 chilometri quadrati (quasi quanto il Molise) ed un costo ancora astronomico (basti pensare che gli Statunitensi hanno speso 266 milioni di dollari per il Nevada Solar One).

La più recente centrale spagnola di Andasol-1, indicata spesso come esempio per un futuro sfruttamento dell’energia solare, ha una potenza media di circa 18 MW, occupa circa 2 chilometri quadrati di superficie ed è costata 310 milioni di euro. Non sono affatto valori più concorrenziali della sopra citata centrale americana. Il nostro premio Nobel Carlo Rubbia negli ultimi anni ha spinto molto nella direzione del solare termodinamico, collaborando durante la sua presidenza dell’ENEA con il Progetto Archimede dell’ENEL, che mira a costruire un impianto termodinamico da 40 MW installati a Priolo Gargallo (Siracusa). Rubbia ha anche immaginato scenari per cui ricoprendo la Sicilia con tali impianti si può soddisfare il fabbisogno elettrico italiano, ma dal momento che i costi sono del tutto improponibili la sua affermazione non si riduce ad altro che una sparata pubblicitaria cui far abboccare i meno informati tra politici ed attivisti.

Allora, dopo tutto questo discorso sull’energia solare, cosa possiamo concludere? È presto detto:

  1. La produzione di massa di elettricità tramite pannelli fotovoltaici occuperebbe grandissime superfici, dell’ordine di chilometri quadrati, e con costi proibitivi, circa 40 volte quelli di una centrale a carbone.
  2. Il solare termico è comodo e può risultare conveniente anche a medio termine, ma può produrre solo acqua calda ed in grandi impianti può funzionare solo come teleriscaldamento.
  3. Il solare termodinamico, invece, ha ancora problemi di estensione occupata, sempre nell’ordine dei chilometri quadrati, ed ancora costi di costruzione elevatissimi, circa 17 volte quelli di una centrale a carbone.

Delusi? Sì, francamente lo sono anche io. Personalmente credo che ci sia ancora tanto, tantissimo lavoro da fare, tanta ricerca da effettuare. Il problema, però, è il tempo: già da oggi abbiamo il barile di petrolio a sfiorare i 150 $ ed il gas naturale sempre più caro. È evidente che al momento non possiamo permetterci di sfruttare il solare per generare elettricità in percentuali che siano minimamente significative, ma ci si chiede allora quando questo sarà possibile. E nel frattempo che facciamo? Beh, ci sono ancora tanti modi per produrre energia…

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Published in: on giovedì, 24 luglio 2008 at 17.38  Comments (12)  
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12 commentiLascia un commento

  1. Non so se ti può essere utile come spunto, ma oggi sono stato a Carloforte. Nell’area nord, quasi disabitata, dell’Isola di San Pietro, c’è una centrale mista, eolica-fotovoltaica. Era stata costruita nel ’95, in via sperimentale, dal Comune, ma poi abbandonata per i costi esorbitanti delle manutenzioni.
    Ora il Comune, in accordo con diversi enti, tra cui il Ministero dell’Ambiente, la Regione, la Provincia e il Parco Geominerario, deve fare un bando per invitare le aziende del settore ad investire nella centrale, ampliandone la parte fotovoltaica (fino a un ettaro) e permettendo l’installazione di 3 torri eoliche. In totale, dicono loro, si produrranno tra 5 e 7 MW, sufficienti a fornire energia elettrica ai circa 6500 residenti, oltre ai 20-25.000 turisti del periodo Luglio-Agosto.
    Secondo te, è possibile? Cioè, in un ettaro di terreno, i pannelli fotovoltaici hanno la possibilità di produrre 4-5 MW (il resto presumo sia di origine eolica)? C’era anche un imprenditore del settore, stamane, ed ha confermato che le cifre sono quelle.
    Mi hanno parlato di almeno 12-15 milioni di euro di investimento. Se non erro, 1 KWh costa all’utente, in bolletta Enel, 0,10 euro. Quanta energia utilizzeranno 6500 residenti, in un anno? In quanti anni l’azienda elettrica ammortizzerà l’investimento, considerando anche che dovranno impiegare personale e manutenzionare il sito?
    Lo so, sembra un problema di matematica :-DD
    Però tu che sei più ferrato di me, magari riesci a capire se mi hanno “gabbato”, oppure se il progetto è realistico.

    A presto

  2. Ciao Nicola, vedo di risponderti come posso. Grazie mille, innanzi tutto,
    Dovrei aver appena visto il luogo della centrale su Google Earth, è questo?
    http://www.panoramio.com/photo/3547182
    Allora, facciamo un po’ di conti: PVGIS mi dà un’irraggiamento massimo a luglio di 785 W/mq. Supponiamo pannelli con un’efficienza del 15%, e che di quell’ettaro il 50% circa sia occupato effettivamente da pannelli solari. Allora si avrebbe una produzione di 785*0.15*50000 W = 5.9 MW. Quindi sì, col sole a picco di luglio si raggiungerebbero circa 5.9 MW, solo che si tratta di un dato istantaneo: in media annuale, si avrebbe una produzione di 1.4 MW.
    Invece, credo che la maggior parte dell’energia possa venire proprio dall’eolico: mettendo tre generatori grossi e moderni da almeno 2 MW ciascuno si possono ottenere circa 2.9 MW di potenza media annua, stando ai dati forniti dal CESI:
    http://atlanteeolico.cesiricerca.it/viewer.htm
    Il problema è che quei generatori costano, e non poco. Almeno 8 milioni di euro. E con i 7 milioni di euro restanti non ci si comprano affatto 50 mila metri quadrati di pannelli fotovoltaici, quindi non credo che punteranno all’eolico. Installeranno una potenza di non più di 1.5-2 MW, ed è un peccato, perché l’isola di San Pietro è uno dei punti più ventosi d’Italia. Maggiori dettagli li potrai leggere nel mio prossimo articolo sull’energia eolica.
    Quindi, ricapitolando: 5-7 MW sono possibili, ma di picco e non di media. Di media annua, sarà tanto se produrrà 2.5 MW, e ciò vuol dire che con 15 milioni di euro la centrale sarà oltre 6 volte più costosa di una centrale a carbone e tre volte più di una centrale nucleare (naturalmente, parlo del rapporto costo/potenza reale).
    Come esperimento può essere interessante, per le imprese ci può anche essere un ritorno pubblicitario, ma come convenienza in sé siamo a livelli scarsi. I numeri mi paiono un po’ “gonfiati”, sia come potenza (5-7 MW non si avranno mai di media), sia come servizio (non tanto per gli abitanti, ma per il periodo turistico). Non è una fesseria come quella del capannone rivestito di pannelli fotovoltaici che avrebbe dovuto alimentare addirittura la Linea 1 della metropolitana di Milano (!!!), ma è chiaro che cercano un po’ di pubblicità.
    Tutto sommato, con certi sprechi che ci sono in Italia, il progetto non è troppo male.

    Ciao!!

  3. Si Massy, è quello della foto.

    Grazie per la risposta. Quindi, se non ho capito male, non è tanto importante sapere qual è la potenza massima, quanto quella effettivamente prodotta. E i due dati differiscono parecchio. Giusto?

  4. Giusto. In realtà, poi, il fatto di alimentare tot abitazioni è del tutto “virtuale”, perché l’energia prodotta da quell’impianto non è che rimane in loco, ma viene ridistribuita nella rete elettrica nazionale cui l’impianto dev’essere collegato. E certamente è meglio così, perché altrimenti in una notte con poco vento i Carlofortini rimarrebbero al buio!
    Di sicuro, però, da quanto mi dici sono le spese di costruzione e manutenzione a rimanere sicuramente in loco! Per fortuna, non sono tutte a carico degli abitanti di Carloforte, la qual cosa farebbe sicuramente a pugni con la loro origine genovese! 😀

    Ripeto: può essere interessante come progetto sperimentale locale, ma non certo ci si può contare per alimentare grandi centri urbani. Soprattutto a causa della parte fotovoltaica, sarebbe fortemente antieconomico.

    Per altre informazioni: una famiglia media in Italia (in una comune un’abitazione) consuma circa 3500 kWh di elettricità all’anno.
    Un kWh costa circa 18-19 centesimi, mentre se non ricordo male 10-11 centesimi è il prezzo industriale.

    Ciao!
    Massimo

  5. […] Baraonda energetica, II: il solare […]

  6. Una cosa su quest’analisi impietosa del solare, che fanno sempre tutti tra l’altro, si ipotizzano sempre produzioni centralizzate di energia come se fossero l’unico modo di produrre energia. Avete mai pensato che, nonostante i costi, se l’energia solare fosse di compendio alle fonti classiche e si aumentasse il “risparmio energetico” allora tutto avrebbe un senso? E comunque nei costi del solare (in paragone con altre centrali) dimentichi di dire che non ci sono costi per inquinamento prodotto.

  7. Produrre energia in maniera decentralizzata è, nella maggior parte dei casi, inefficiente. Lo è perché si devono giocoforza adottare componenti più piccole e più limitate. Il micro-eolico, inoltre, è limitato pure dalla scarsa altezza dei generatori.
    L’unica cosa che fa eccezione a questa norma è proprio il fotovoltaico, ma ripeto che ha costi troppo, troppo elevati per essere considerata, e personalmente considero un forte spreco l’incentivo di pannelli fotovoltaici.
    Meglio i pannelli per avere l’acqua calda.

    Il risparmio energetico è una buona pratica che dev’essere adottata a prescindere da come produciamo energia. Che lo facciamo col solare, cioè, oppure col carbone, col gas, col nucleare, con l’eolico.
    Ma non è il risparmio energetico a dare un senso al fotovoltaico.

    Poi mi dovrai spiegare cosa sono i “costi per inquinamento prodotto” e come si quantificano. A meno che non ti riferisca ad arbitrarie “carbon tax”, mi sa di aria fritta.

  8. Malgrado la crisi su tutti i settori credo che se esiste un settore in grado di resistere e trainare una ripresa sia quello energetico focalizzato su progetti di risparmio ed efficienza al fine di abbattere i costi industriali di prodotto.

    [Eliminata l’ultima parte del post. Niente spam, grazie. NdMaxArt]

  9. Complimenti!!!!Articolo completamente esauriente e interessante!!!…..purtroppo in italia si dà troppa voce ad ambientalisti e antinuclearisti che (a mio avviso)se fosse per loro porterebbero l’italia allo sfracello!!!ciao

  10. Finalmente ho trovato un approccio razionale e non emotivo all’analisi della situazione energetica attuale.
    Complimenti.

  11. Hello, as you can see this is my first post here.
    Hope to get some assistance from you if I will have some quesitons.
    Thanks in advance and good luck! 🙂

  12. Furthermore, i believe that mesothelioma cancer is a unusual form of cancers that is commonly found in individuals previously subjected to asbestos. Cancerous cells form from the mesothelium, which is a safety lining that covers a lot of the body’s areas. These cells normally form in the lining in the lungs, mid-section, or the sac that really encircles the heart. Thanks for expressing your ideas.


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