Sistemi solari a concentrazione

La tecnologia solare a concentrazione potrà giocare nei prossimi decenni un ruolo fondamentale nella produzione energetica mondiale, poiché, sfruttando il calore ad alta temperatura proveniente dal sole, potrà produrre quantità significative di calore per riscaldamento, per acqua sanitaria e per processi produttivi, oltre che quantità di elettricità – tramite conversione termodinamica – e di idrogeno – tramite scissione dell’acqua per via termochimica -, con cicli completamente rinnovabili a costi competitivi e senza emissione di gas serra in atmosfera. Inoltre, il potenziale teorico disponibile è ampiamente sufficiente ad assicurare un contributo significativo alla copertura del fabbisogno mondiale prevedibile.

Per quanto riguarda l’Italia, l’irraggiamento annuale medio è di 2.600 kcal/m2gg al nord e di 3.200 kcal/m2gg al sud. La componente diretta è significativa unicamente nelle zone meridionali, dove ci sarebbero condizioni idonee (anche se non particolarmente eccellenti) per l’installazione di impianti con tecnologia solare termica a concentrazione “CSP” (Concentratine Solar Power). Di fatto ogni anno arriva dal sole, sul suolo italiano, una quantità di energia 200÷250 volte superiore a quella dell’attuale fabbisogno energetico nazionale complessivo; si tratta quindi di una quantità assolutamente apprezzabile, che non arriva però in buona qualità, data la forte discontinuità di fornitura e la bassa densità energetica, e che deve per questo essere integrata grazie a sistemi di accumulo o attraverso soluzioni tradizionali a combustibile fossile.

Questa tecnologia solare a concentrazione si può integrare nell’immediato con i sistemi in uso o con le nuove tecnologie e questo permette di ridurre sensibilmente le emissioni di CO₂.

Le applicazioni inizialmente si sono concentrate nel settore industriale per favorire i consumi, ma l’impegno dei governi nei confronti dell’agevolazione di questo tipo di tecnologia già da oggi permette di poter usufruire di queste tecnologie a costi vantaggiosi e con un ritorno dell’investimento in tempi contenuti, anche per i singoli privati.

Sistemi a concentrazione parabolici

Le tecnologie solari per produrre calore sono di tre tipi: a bassa, media e ad alta temperatura.

• Utilizzo a bassa temperatura. Le tecnologie a bassa temperatura comprendono i sistemi che usano un collettore solare per riscaldare un liquido o l’aria. Lo scopo è captare e trasferire energia solare per produrre acqua calda o riscaldare gli edifici. Con la denominazione “bassa temperatura” ci si riferisce a fluidi scaldati al di sotto dei 100 °C (in rare occasioni si può arrivare a 120 °C).
• Utilizzo a media temperatura. La più comune tra le applicazioni della conversione a media temperatura è rappresentata dai forni solari. Essi sono dispositivi che richiedono la concentrazione dei raggi solari per raggiungere temperature maggiori di 250 °C, in Italia riguardano una nicchia di mercato relativa all’hobbistica, mentre possono avere buone applicazioni nei paesi ove la scarsità di risorse energetiche è un problema quotidiano. Altre applicazioni di questo tipo possono essere legate al calore di processo industriale, ma non sono diffuse.

• Utilizzo ad alta temperatura. Le tecnologie a media ed alta temperatura sono relative a sistemi a concentrazione parabolici lineari o puntuali. Impianti con collettori parabolici puntuali, o a disco, sono stati sviluppati in Germania, Stati Uniti, Israele e Australia. I recenti sviluppi tecnologici fanno prevedere un rilancio applicativo di questa tecnologia, sia per la generazione di energia elettrica, sia per la produzione di calore di processo per l’industria chimica. In Italia l’esperienza di maggior rilievo nel solare termico ad alta temperatura è stata realizzata agli inizi degli anni Ottanta con la costruzione della più grande centrale solare del mondo ad Adrano, in provincia di Catania. L’impianto, chiamato Eurelios, è costituito da una torre centrale alla sommità della quale è posta la caldaia riscaldata dalla radiazione riflessa da un campo di specchi. La centrale ha la potenza di 1 MW. Generalmente in queste centrali il fluido viene portato allo stato di vapore dal calore raccolto sulla sommità di una torre, posta al centro di un campo di specchi, oppure all’interno di condotti che percorrono la linea del fuoco di specchi concentratori parabolici. Successivamente il fluido si espande evolvendo in un impianto turbo-vapore simile a quelli utilizzati nella generazione termoelettrica tradizionale.

Con l’intento di portare queste grandi tecnologie anche in ambito urbano, ma con un impatto visivo molto più contenuto, si inserisce sul mercato del solare una nuova applicazione, un prodotto tecnologico frutto dell’esperienza ventennale di un gruppo di persone, che hanno operato tra il Trentino e il Friuli.

Si tratta di un prodotto completamente italiano, un concentratore parabolico ad inseguimento nei 2 assi, di dimensioni contenute, di facile installazione e manutenzione.

Le novità che il prodotto introduce sono:

- possibilità di installazione non solo a terra, ma anche su strutture rialzate e tetti;

- alta temperatura anche d’inverno a temperature esterne inferiori allo zero;

- alta efficienza già dalle prime ore del giorno sino agli ultimi raggi la sera;

- facilità e minima manutenzione nell’esercizio;

- massima modularità impiantistica;

- facile allacciamento in parallelo ai sistemi tradizionali di riscaldamento;

- abbinamento con sistemi ad assorbimento per produrre freddo “Solar cooling”;

- possibilità di decentrare la logistica degli impianti al di fuori dei centri cittadini, in eco-centri, per il teleriscaldamento, per il riscaldamento e raffrescamento dei fabbricati e per servire i centri storici.

Nel campo dell’edilizia civile, settore sempre più attento alla diminuzione degli sprechi energetici, si possono già trovare soluzioni di piccola e media grandezza che utilizzano la concentrazione solare termica per il riscaldamento dell’edificio e la produzione di ACS (acqua calda sanitaria).

Inoltre la gestione degli esuberi estivi apre nuove possibilità di sfruttamento del calore prodotto, che può essere utilizzato per riscaldare piscine o per il raffrescamento stesso degli edifici.

L’abbinamento dei concentratori con i sistemi centralizzati e con le nuove tecnologie di rilevazione individuale dei consumi consente di creare inoltre costruzioni che riducono sensibilmente le emissioni inquinanti in atmosfera, di abbassare i costi dell’utilizzatore finale e di aumentare il comfort degli ambienti.

Uno dei sistemi a concentrazione è il Concentrate “Solex A10”. SI tratta di una parabola mobile con superficie captante netta di circa 12 m², che insegue il movimento apparente del Sole, concentrando i raggi solari in un punto focale con un fattore di concentrazione pari a 120 soli.

La radiazione solare concentrata tramite eliostati piani a superficie speculare viene captata dal ricevitore termico, che converte la radiazione solare in energia termica. L’acqua entra ed esce all’interno di due dei quattro supporti tubolari coibentati, per la precisione quelli superiori, passando nella spirale di rame (con trattamento selettivo), che compone la caldaia scorrendovi ad una velocità regolabile, in modo da ottenere la temperatura desiderata. Per questo motivo il sistema solare, attraverso un boiler di accumulo, può venire allacciato in parallelo ai sistemi tradizionali di riscaldamento, senza speciali congegni di regolazione e controllo.

Il sistema impiantistico garantisce la regolazione in caldaia, grazie alla presenza di un termostato differenziale con sonde di temperatura e cavi al silicone, lettura termometrica digitale, sonda di sicurezza per il disorientamento, oltre a diversi componenti meccanici per permettere il movimento e il funzionamento dell’intera struttura e ovviamente una pompa di circolazione del fluido.

Il basamento che sostiene la struttura a reticolo spaziale in alluminio, necessaria per il fissaggio degli eliostati, ruota su cuscinetti a sfera, rendendo la manutenzione molto semplice.

Un vantaggio di questo prodotto è che avendo poca massa d’acqua esposta e un collettore centrale piccolo (40 x 40 cm), presenta all’alba una ridotta inerzia termica e difatti comincia a produrre acqua calda già con i primi raggi solari, senza richiedere preriscaldamento del sistema. Al tramonto, quando il sole scompare, la parte esposta del collettore che si raffredda è minima e le perdite sono limitate.

Una proprietà importante, derivante dalla capacità di seguire il sole, è quella di essere posizionata sempre in modo ottimale, in modo da sfruttare al massimo l’energia incidente, mentre i sistemi piani o a parabola fissa all’alba e al tramonto (periodi di maggior richiesta) presentano punti morti.

L’installazione è indicata per qualunque utenza, considerando che la potenza generata è sufficiente per un nucleo familiare. Lo sviluppo continuo con diverse università e enti di ricerca, della tecnologia a concentrazione, renderà possibile la portabilità della trigenerazione (caldo, freddo, energia elettrica), in tempi brevi, anche alle singole unità abitative.

Fabrizio Mazzarotto

Amm.re Project srl

Pannelli fotovoltaici

Con l’aggiornamento al 31/12/2008 il Gestore dei Servizi Elettrici - G.S.E. S.p.A.-, organismo regolatore dell’incentivo italiano del fotovoltaico denominato “Conto Energia”, comunica ufficialmente l’esistenza in Italia di un totale di 31.875 impianti entrati in esercizio, con una potenza fotovoltaica sul territorio pari a circa 418 MW.

L’energia prodotta da fonte fotovoltaica, nel solo anno 2008, ammonta quindi a circa 186.187 MWh e ha evitato l’immissione in atmosfera di circa 1.350.000 quintali di CO₂/anno. Nella graduatoria internazionale della potenza installata nell’anno 2008 l’Italia occupa il terzo posto in Europa, dopo Spagna e Germania, e il quinto nel mondo, posizionandosi quasi a pari merito con gli Stati Uniti. Attualmente dunque le prospettive sono buone, ma la strada per lo sviluppo del fotovoltaico è comunque ancora lunga e ricca di buoni spunti. Le tariffe dell’incentivo Conto Energia sono infatti già previste e fissate fino a tutto il 2010 e verranno garantite per ogni impianto fotovoltaico fino al raggiungimento della potenza elettrica cumulativa installata di 1.200 MW. L’obiettivo nazionale è comunque più ampio in quanto l’Italia ha previsto di raggiungere la potenza di 3.000 MW di impianti entro il 2016.

In Italia, osservando dall’alto i tetti degli edifici, lo sviluppo delle piccole e medie installazioni sta diventando evidente. Il solare fotovoltaico ha dunque tutte le caratteristiche per continuare ad evolvere in modo concreto e per dare molti benefici. Ci si augura che l’Italia, dal momento che ha già virtuosamente scelto l’installazione di piccoli e medi impianti fotovoltaici, piuttosto che di impianti di grande e/o grandissima taglia, guardi sempre più l’esempio della pioniera Germania (con ben 1.550 MW di impianti installati nel solo 2008 che fanno raggiungere i complessivi 5.300 MW cumulativi installati). Si auspica inoltre che in Italia si continui a perseguire una cultura del risparmio energetico raggiungibile soprattutto con l’aumento della sensibilità, non tanto di pochi lungimiranti imprenditori/investitori, ma di ogni singola utenza elettrica, sia essa un’abitazione privata, un’azienda, un edificio pubblico.

È pertanto fondamentale continuare sulla strada che vede finalmente attuato il già stabilito obbligo (prorogato dal primo gennaio 2009 al primo gennaio 2010) di prevedere per le nuove costruzioni l’installazione di impianti fotovoltaici di potenza non inferiore a 1 kWp per unità abitativa mentre, per i fabbricati industriali, la potenza minima installabile risulterà pari a 5 kWp al superamento dei 100 mq di superficie. Tale obbligo, da rispettare al fine dell’ottenimento del permesso a costruire, rappresenta un’opportunità di crescita non solo del settore fotovoltaico ma anche del corretto sviluppo di nuove costruzioni ecocompatibili e a basso consumo energetico.

E che dire poi del Decreto relativo al Piano Casa? È importante vedere come anche la Regione Veneto, assieme ad altre quali la Toscana ed il Trentino, si stia muovendo con forza verso la creazione di una legge regionale di durata biennale per il sostegno all’edilizia. Si lavora concretamente per ammettere agli interventi in edilizia agevolati anche i condomini, i centri storici e i fabbricati non residenziali. Interessantissime sono le novità legate al fotovoltaico, basti dire che, in caso di demolizione e ricostruzione secondo le tecniche della bioedilizia e le normative antisismiche, si prospetta in Veneto la concessione di un aumento volumetrico del 40% a fronte del 35% previsto dall’accordo nazionale.

Pannelli fotovoltaici

È certo che per raggiungere con successo questo obiettivo, positivo per tutti, bisogna poggiare innanzitutto su un buon controllo del Conto Energia nelle sue evoluzioni, che risulteranno operative dal Gennaio del 2011 (il Conto Energia in atto è infatti valido fino al 31/12/2010 ma già da quest’anno e come previsto dallo stesso decreto vigente, si dovranno prevedere gli sviluppi delle tariffe per gli anni successivi al 2010).

Questo sviluppo del fotovoltaico, delle energie rinnovabili e gli impulsi per il futuro che mirano a potenziare questo stesso processo di crescita non rappresentano quindi un puro caso, ma il risultato di una precisa scelta strategica che vede promotrice e regolatrice del processo la Comunità Europea; le nuove direttive europee, tra cui la Direttiva 2002/91/CE, sono ben chiare dal momento che nel 2002 hanno previsto per le nuove abitazioni – ed ora anche per il patrimonio immobiliare esistente – l’obbligo di produrre la stessa quantità di energia che consumano a partire dal 31 dicembre 2018. Questa è la decisione presa a livello europeo. I deputati del Parlamento Europeo chiedono inoltre maggiori investimenti pubblici in materia di efficienza energetica degli edifici. Le stesse direttive precisano che gli stati membri dovranno fissare delle regole per gli edifici esistenti e una percentuale minima di “edifici a impatto zero sull’ambiente” rispettivamente entro il 2015 e il 2020. Secondo la nuova disposizione europea gli stati membri dovranno elaborare piani d’azione nazionali entro la metà del 2011.

Ciò detto, non si può non sottolineare che ad oggi le belle notizie legate agli aspetti positivi del fotovoltaico si sono un po’ perse in una generale confusione di informazione che purtroppo ben rappresenta l’ancora scarsa cultura generale italiana legata alle energie rinnovabili e al rispetto ambientale. Le buone notizie sono legate soprattutto, e in primis, all’esistenza del Conto Energia e dei suoi funzionali incentivi statali ventennali applicati su tutta l’energia prodotta dall’impianto con tariffe che vanno, a seconda dei casi, da un minimo di 0,353 €/kWp ad un massimo di 0,480 €/kWp, e quindi all’interessante investimento finanziario per privati aziende, enti pubblici che rappresenta un impianto fotovoltaico (che si ripaga grazie all’incentivo in circa 9 anni lasciando i restanti 11 come “ritorno secco dell’investimento”), ai premi per l’efficienza energetica, ma anche all’incremento di posti di lavoro che questo settore ha creato proprio in questi anni di crisi.

C’è chi invece, in questa confusione mediatica ha più volte confuso, il 55% di riduzione Irpef per l’efficienza energetica con l’incentivo Conto Energia per il fotovoltaico, altri che hanno sostenuto che il Conto Energia non funziona o non c’era addirittura più. Fatta la debita informazione competente e scientificamente autorevole – necessaria affinché ogni singolo cittadino diventi consapevole e informato sulla cultura delle rinnovabili – tutti possono prendere atto che in realtà le installazioni di impianti fotovoltaici sui tetti delle abitazioni private, delle aziende e degli edifici pubblici aumentano, l’industria si sviluppa e la ricerca tecnologica si fa strada e migliora.

La Germania, la Spagna, l’Italia stanno dimostrando e dovranno dimostrare sempre più, che a livello europeo questa strategia che si rivolge alle nuove forme di risparmio energetico non è dettata da una pura e semplice politica ambientalista, ma sopratutto da una valutazione del fatto che il fotovoltaico e le energie rinnovabili danno oggettivamente opportunità economiche, occupazionali, di investimento finanziario, di sostenibilità ambientale e di modernità. Non c’è quindi che da rivolgere il nostro sguardo al sole, aprirgli le porte e apprezzarne i benefici.

Arianna Zanette

Responsabile marketing

Sun Gate S.r.l.

Pannelli solari

L’Italia è una delle terre europee maggiormente esposte all’irradiazione solare durante l’anno. L’immagine di “Terra del Sole”, costruita nel passato dal e per il turismo internazionale, ha delle fondamenta tratte da una realtà che oggi è estremamente interessante dal punto di vista energetico, perché quel sole che per i turisti è fonte di interesse e di appetibilità di clima per noi può essere fonte di energia. L’energia solare è tra le più abbondanti in natura in ragione dei suoi circa 178 TW che ogni anno raggiungono la superficie terrestre (cifra che supera di ben 15000 volte il consumo attuale di energia da parte dell’uomo). Ma esattamente cosa si intende per energia solare? E quale utilizzo se ne fa?

Attualmente si considerano principalmente due campi di applicazione: il solare termico e il solare fotovoltaico.

IL SOLARE TERMICO

Il sistema solare termico viene utilizzato per la conversione delle radiazioni solari in energia termica, che a sua volta viene trasferita ad un accumulatore per il riscaldamento di un ambiente o dell’acqua sanitaria. In questo caso si tratta di un sistema abbastanza semplice, infatti i componenti sono principalmente due, l’accumulatore e il collettore, e il primo raccoglie il calore catturato dal secondo.

Nel solare termico sono proprio i pannelli ad essere la parte più importante dell’impianto: essi, attraverso l’assorbitore, trasformano la radiazione solare incidente in calore. Comunemente sono formati da una piastra di metallo termicamente conduttivo (il più comune è il rame), verniciato nero opaco o trattato con uno strato selettivo per aumentare le capacità di immagazzinamento del calore, che dall’assorbitore viene trasferito ad un liquido vettore che fluisce in tubi di rame; il tutto è chiuso da vetri che consentono l’esposizione alla luce dell’assorbitore e una coibentazione laterale e posteriore con lo scopo di limitare il più possibile la dispersione di calore.

IL SISTEMA FOTOVOLTAICO

Il sistema fotovoltaico è invece più complesso in quanto converte l’energia del sole in energia elettrica, grazie alle proprietà di alcuni materiali, detti semiconduttori, che opportunamente trattati permettono di generare energia elettrica quando vengono colpiti dalle radiazioni solari.

Il nucleo di questo sistema è la cella fotovoltaica, costituita da 0,3 mm di materiale semiconduttore (wafer), che consiste nella maggior parte dei casi nel silicio. Sul tetto di una casa del centro Italia in un’assolata giornata primaverile con temperatura esterna di  25 °C, la cella nella sua misura classica (12 cm per lato) esposta ad una radiazione proveniente dal sole di 1000 W/m² è in grado di produrre 1,5 Watt. Le celle, raggruppate solitamente in gruppi di 18 o 36 formano il pannello fotovoltaico.

Attualmente i pannelli in commercio riescono a sfruttare tra il 5% e il 15% dell’energia erogata dai raggi solari, a seconda della lavorazione del silicio (multi cristallino, meno costoso e meno performante, oppure monocristallino, più costoso ma che arriva fino al picco del 15%) e della tipologia di pannello. Attualmente tra i pannelli con più alto rendimento, sono commercialmente interessanti i collettori sottovuoto di ultima generazione, che possono essere installati anche in condizioni molto rigide. Sono formati da tubi di vetro, al cui interno viene ridotta la pressione dell’aria (da qui il termine “sottovuoto”) per sfruttare al massimo l’effetto thermos e quindi evitare dispersione di calore. Al loro interno viene inserito un elemento assorbitore di calore, generalmente un tubo di rame.

VIA ALLA SPERIMENTAZIONE

A causa del basso rendimento del sistema fotovoltaico e dell’alto costo di produzione le sperimentazioni oggi sono numerose. Una di esse consiste nel tentativo di sostituire il silicio (la cui lavorazione costituisce la spesa maggiore) con nuovi materiali, come i tessili solari, basati su una sottile pellicola fotovoltaica in tessuto che funge da pannello solare creato da celle fotovoltaiche naturali. A questo proposito il dipartimento di ingegneria civile dell’università di Roma di Tor Vergata ha scoperto la possibilità di sostituire il silicio con dei pigmenti presi dai frutti di bosco, consentendo ai pannelli un certo grado di flessibilità (e quindi maggiori possibilità di applicazione) e soprattutto un ribasso notevole (circa la metà) dei costi di lavorazione.

Si sta anche parlando di cogenerazione fotovoltaica, cioè di sistemi che sfruttano una quota di energia non utilizzata dal processo fotovoltaico per creare energia solare termica. Il progetto più interessante è quello riguardante i moduli ibridi PV/T (PhotoVoltaic/Thermal), che affianca ai moduli fotovoltaici, l’assorbitore di calore.

Incentivi a qualsiasi persona fisica o giuridica, che installi un impianto fotovoltaico di almeno un 1kWp di potenza.

FINANZIAMENTI E INCENTIVI

A prescindere comunque dalle diverse tecniche e applicazioni, il fotovoltaico è un sistema che rispetta l’ambiente, sia dal punto di vista estetico che da quello dell’inquinamento, e perciò il primo promotore di questo sistema è lo Stato stesso. Infatti dal 2005 è stato attuato il programma europeo di incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica della fonte solare, con impianti permanentemente connessi alla rete elettrica.

CONTO ENERGIA

Si tratta di Conto Energia, poiché i finanziamenti sono erogati appunto in “conto energia” e non in “conto capitale”: si basa quindi su una tariffa incentivante per kWh di energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaici, che consente all’utente di ammortizzare il costo di installazione rivendendo l’energia elettrica prodotta al GSE (Gestore Servizi Elettrici). La copertura finanziaria necessaria all’erogazione di questi importi è garantita da un prelievo tariffario obbligatorio (cod. A3, pari a 0.0014€) a sostegno delle fonti rinnovabili di energia, presente dal 1991 sulle bollette di tutti gli operatori italiani.

Dal 19 febbraio 2007 è stato approvato il D.M., detto Nuovo Conto Energia, che permette di snellire gli iter burocratici e facilita l’accesso agli incentivi. Questi sono disponibili a qualsiasi persona fisica o giuridica, soggetti pubblici o condomini di edifici, che installino un impianto (integrato, non integrato o parzialmente integrato architettonicamente) di almeno un 1kWp di potenza. Dopo aver fatto richiesta al distributore di energia elettrica locale e aver ultimato l’impianto si deve inoltrare al GSE, entro e non oltre i 60 giorni dall’entrata in esercizio del sistema, la richiesta di incentivazione, che se approvata durerà 20 anni.

Inoltre, nella Finanziaria 2008, sono stabiliti degli incentivi per le ristrutturazioni di edifici nei quali saranno previste installazioni di impianti volti al risparmio energetico (quindi anche solari termici e fotovoltaici), fino ad arrivare ad una riduzione del 55% dell’IRPEF e IVA al 10%. I dati più recenti forniti dal GSE, riguardanti l’Italia, parlano di 418 MW per un totale di 31.875 impianti, a fine 2008.