Domande & risposte
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- Qual'è la differenza tra solare fotovoltaico e solare termico ?
Mentre il solare fotovoltaico produce energia elettrica
sfruttando l'effetto fotovoltaico di alcuni
materiali
semiconduttori,
il solare termico utilizza
l'energia solare
raccolta da un collettore solare per il riscaldamento di un fluido (per
es. acqua).- Quanta energia fotovoltaica è necessaria per una abitazione?
La risposta a questa domanda è molto difficile, in quanto è legata a molte variabili quali la posizione geografica dell'abitazione, le condizioni climatiche, il numero degli elettrodomestici, ecc. Tuttavia si può stimare un fabbisogno energetico medio annuo di 3000 kWh
elettrici
per una famiglia media di 4 persone. Pertanto prendendo come riferimento la produzione del nostro
impianto, a Bologna un dispositivo fotovoltaico di ca.20 mq e 2.7
kWpicco
installati dovrebbe soddisfare
il fabbisogno giornaliero di tale abitazione.- Quanto costa l'energia elettrica fotovoltaica?
Il costo dell' energia fotovoltaica è dato dalla somma dei costi di investimento (progettazione, impianto fotovoltaico
,
inverter o
batterie,
altre attrezzature ausiliarie), dei costi di esercizio
(manutenzione, personale tecnico) e dei costi aggiuntivi (tasse e assicurazioni).
Generalmente i vari governi prevedono incentivazioni, finanziamenti e agevolazioni varie,
che talvolta sono ostacolati dalla macchina burocratica. Prendendo in esame gli impianti con
moduli in
silicio
mono o policristallino più diffusi, con un
rendimento
del 12-14%, il costo
medio in Italia è ca. 8000 Euro/kWpicco per impianti di piccola taglia (poche decine di kWpicco) e può
scendere fino a 5500 Euro per impianti di 1 MWpicco. Moduli costruiti con tecnologie particolari
possono arrivare a rendimenti del 20% con corrispondente aumento dei costi; moduli in
silicio amorfo, con un rendimento del 6-8% sono più economici. Il costo del kWh
fotovoltaico prodotto, oltre che del costo di investimento e manutenzione dell'impianto, deve tener conto
anche del numero di kWh prodotti in un anno, della durata dell'impianto (stima usuale 25 anni), dei costi
di interesse reali, ecc. Il valore finale in Italia può variare fra 0.3 e
0.5
Euro/kWh; il costo pagato
da una utenza privata media alla società distributrice si aggira ora attorno a 0.15
Euro/kWh. (fonte ENEA) - Come si può risparmiare energia elettrica per usi domestici?
Il consumo di energia elettrica nel settore residenziale costituisce in Italia circa il 23% dei consumi elettrici nazionali, di cui una quota di circa 6 miliardi di kWh è destinata all'illuminazione domestica. Vi sono risparmi ottenibili attraverso la modifica del comportamento delle persone come ad es. non lasciare la luce accesa nelle stanze non occupate, usare lampadari con minor numero di lampade, posizionare il frigorifero in un luogo areato e lontano da fonti di calore e regolare il termostato su livello intermedio, usare cicli di lavaggio della lavatrice a bassa temperatura, ecc. Con questi accorgimenti l'ENEA stima risparmi del 10 - 20%.
Per quanto riguarda l'illuminazione (circa 400 kWh di consumo annuo per una famiglia media) sostituire lampadine ad incandescenza con lampadine a basso consumo consente un risparmio fino al 70%.
La sostituzione di elettrodomestici con elettrodomestici certificati ad alta efficienza
e lo spegnimento delle apparecchiature in stand-by (ad es.
nelle tv, computer, ecc.) consentirebbe un risparmio di qualche centinaio
di kWh/anno. Complessivamente l'ENEA ha stimato per una famiglia tipo che il consumo energetico elettrico possa essere ridotto, senza troppe rinunce, sino al 40%.
 Fig. 1: Celle fotovoltaiche ad alta efficienza montate sul veicolo "Sojourner" che iniziò l'esplorazione di Marte nel 1997. Credit: (NASA) |
- Qual'è il "costo in energia"di un pannello fotovoltaico? Per quanto tempo deve funzionare un pannello per ridare indietro l'energia utilizzata per costruirlo?
I moduli fotovoltaici devono funzionare un certo numero di anni per produrre l'energia spesa per la loro costruzione (estrazione materie prime, trasporti, lavorazioni, ecc). Questa energia, detta "energia grigia", dipende dalla tecnologia di fabbricazione e varia fra i 3-4 MWh/kWpicco del silicio amorfo ai 5-7 MWh/kWpicco del silicio mono o policristallino. Di conseguenza il tempo del recupero energetico di un impianto può variare tra i 3 e i 6 anni, a seconda del tipo di modulo e del sito di istallazione.
- Qual'è la più grande centrale fotovoltaica italiana? Quanta energia produce?
La più grande centrale fotovoltaica italiana è quella dell'ENEL a Serre (SA), che si estende su ca. 5.5 ettari di territorio ed è in funzione dal 1995. La superficie di pannelli istallati è di 2.65 ettari, per una potenza nominale di 3.3 MWpicco. Gli impianti più significativi in Italia sono stati realizzati nel centro-sud, dove maggiore è l'insolazione
.
Per esempio, considerando una insolazione di 1600
kWh/m2/anno e una
efficienza totale media del 10%, una centrale può produrre ca. 1200 kWh/anno/kWpicco
(calcolando una media di 7.5 m2 di pannelli per kWpicco). Naturalmente periodi di fermo produttivo per riparazioni,
manutenzione, ecc., possono ridurre anche significativamente questi valori. Nel 2004, a fronte di 4 MWpicco
istallati in Campania, la produzione è risultata di soli 2500 MWh (fonte GRTN 2004).- Come si confronta la potenza e l'energia media prodotta da una centrale fotovoltaica con quella di una centrale tradizionale?
Se una centrale tradizionale da 100 MW elettrici funziona per l'80% del tempo (il resto è dedicato a manutenzioni), in un anno essa produrrà una quantità totale di energia elettrica
W= 100 MW x 0.80 x 365 x 24 = 700800 MWh per anno = 701 GWh per anno.
La nostra piccola stazione fotovoltaica a Bologna produce in media in un anno W = 0.15 MWh/m2 per anno.
Pertanto una centrale fotovoltaica che produca alle nostre latitudini una quantità di energia pari a quella di una centrale convenzionale da 100 MW elettrici deve avere una superficie
S = 700800 MWh / 0.15 MWh/m2 = 4672000 m2 = 4.7 km2
A questi vanno aggiunti almeno altri 2 km2 per spazi di manovra e manutenzione.
La centrale elettronucleare di Caorso, spenta nel 1986, equivaleva a una centrale fotovoltaica di circa 45 km2 di superficie coperta di pannelli.
- Qual'è la frazione di energia solare effettivamente trasformata dagli impianti fotovoltaici?
La densità di potenza in arrivo dal sole alla superficie dell'atmosfera terrestre vale 1353 W/m2 (costante solare), che in termini di energia equivale a circa 32.5 kWh/m2/giorno.
Tenendo conto della rotazione terrestre, alle nostre latitudini (40° Nord), l'insolazione media alla superficie dell'atmosfera vale circa 8 kWh/m2/giorno corrispondenti a circa a 2900 kWh/m2/anno.
Nell'attraversare l'atmosfera, la radiazione solare viene in parte assorbita e diffusa e il valore dell'insolazione media si riduce al suolo a circa 5,5 kWh/m2/giorno, corrispondenti a circa 2000 kWh/m2/anno. Questo valore si riferisce a condizioni di atmosfera limpida; nubi e nebbie riducono in modo sostanziale l'insolazione effettiva. Dati storici rilevati da stazioni metereologiche e mediati nel tempo consentono di definire mappe con curve isoradiative che riportano i valori medi giornalieri per le varie località: per Bologna, per esempio, 3.9 kWh/m2/giorno, circa 1420 kWh/m2/anno.
L'energia raccolta dai moduli fotovoltaici
dipende inoltre ancora da due
fattori: l'angolo di inclinazione rispetto al suolo (tilt)
a cui i pannelli vengono montati, e l'angolo di azimut rispetto alla
direzione Sud.Alle nostre latitudini la massimizzazione della cattura di energia avviene con un angolo di tilt di circa 30° e azimut 0°. In questo caso il guadagno rispetto al caso orrizontale è circa il 10%. Se le superfici invece si discostano dall'orientazione Sud di un angolo fino a 30° la diminuzione di energia raccolta resta limitata.
Per concludere, se l'energia elettrica prodotta vale, come nel caso del nostro impianto, circa 150 kWh/m2/anno (0.41 kWh/m2/giorno), l'efficienza di conversione è attorno al 10.5% rispetto all'insolazione effettiva al suolo, ma il 5% rispetto all'insolazione fuori dall'atmosfera. In particolare le nubi riducono mediamente del 30% l'energia solare convertibile dal nostro impianto.
- F. Casali, "Energia Pulita: quale?" , Cappelli Editore, 1987.
- N. Armaroli, V. Balzani. "Energia, oggi e domani" Bononia University Press Editore, 2005.
- V. Spezia "Energia: quale futuro", Le Scienze, giugno 2005, pag 42.
- D. Bonacorsi, G. Giacomelli, G. Mandrioli, "Energia, Ambiente e Salute", DFUB 2003/05. Presentazione all'Accademia delle Scienze, 23 maggio 2002.
- S. Castello, "Aspetti tecnici ed economici della tecnologia fotovoltaica". Progetto:"Il sole a scuola", www.enea.it