Fotovoltaico o solare a concentrazione?

Questo documento confronta gli aspetti tecnici ed economico-finanziari di due tipologie di impianti ad energia solare per la produzione di energia elettrica: l’impianto fotovoltaico (FV) e l’impianto a concentrazione solare (CSP). Lo scopo del lavoro è confrontare i rispettivi costi iniziali, costi di manutenzione e introiti derivanti sia dagli incentivi statali sia dalla vendita dell’energia prodotta. Il confronto è fatto a parità di potenza, comparando, specificatamente, un impianto FV con moduli in silicio mono-cristallino da 1 MW con un impianto solare a concentrazione a specchi parabolici da 1 MW. Il confronto è particolarmente interessante perché le due tipologie di impianti producono, a parità di potenza e condizioni ambientali, differenti quantità di energia. La differente produzione di energia elettrica, da cui dipendono sia gli incentivi statali sia gli introiti economici della vendita di energia, incide profondamente sul business plan dell’intero progetto. Bisogna inoltre tener conto che i costi iniziali e i costi di manutenzione incidono diversamente per le due tecnologie solari. Inoltre, non è possibile fare un confronto ragionato, prescindendo dalle scelte progettuali delle due tecnologie. Ad esempio, nel caso dell’impianto fotovoltaico, la scelta tra la soluzione ad inverter centralizzato e quella multi-inverter è dirimente ai fini dei costi iniziali e dei costi di manutenzione. Nel caso di inverter centralizzato si ha un minor costo iniziale, ma si accetta una maggiore mancata produzione di energia in caso di fermo-impianto. Tuttavia, inverter di maggiore potenza hanno, solitamente, rendimenti più alti. Si evince, quindi, che le scelte progettuali (tutte valide se ottenute a valle di un’attenta analisi rischi/benefici) incidono pesantemente sulle prestazioni energetiche di un impianto fotovoltaico. Analogo discorso vale per un impianto solare a concentrazione. Innanzitutto bisogna definire quale tecnologia si usa per concentrare l’energia solare: specchi parabolici, torre solare centrale, dischi parabolici, lenti di Fresnel. Poi bisogna definire l’utilizzo o meno di un sistema di accumulo dell’energia termica. Il costo del sistema di accumulo termico non è trascurabile perché deve essere dimensionato non solo in funzione dell’energia termica che si desidera accumulare ma anche in funzione della temperatura che raggiunge il fluido vettore al fine di garantire non solo la tenuta allo stress termico ma soprattutto l’isolamento termico. Questa rapida e non esaustiva analisi di alcuni aspetti caratteristici delle due tecnologie consente di apprezzare la dipendenza dell’energia producibile da ciascuno dei due impianti da una pluralità di fattori. Peraltro, molti di questi fattori influenzano in maniera opposta la produzione di energia elettrica; ciò non significa che gli effetti si compensano bensì che si integrano, intendendo che solo per certi intervalli potrà esserci una compensazione tra loro, al di fuori dei quali ci sarà, invece, la prevalenza dell’uno sull’altro. Infine, i moduli fotovoltaici, seppure in maniera differente e dipendente dalla tipologia di materiale semiconduttore (mono-cristallino, poli-cristallino, amorfo, CdTe, ecc.), trasformano in energia elettrica sia la radiazione diretta sia quella riflessa sia quella diffusa; nel caso di un impianto solare a concentrazione la radiazione diretta è pressoché l’unica tipologia di radiazione utilizzata per ottenere l’energia termica e, da questa, l’energia elettrica. Quindi, un confronto affidabile tra due tecnologie solari che si differenziano per il principio di funzionamento (com’è il caso di un impianto FV ed un impianto CSP) può essere fatto soltanto dopo aver definito compiutamente le principali scelte progettuali, il layout dell’impianto e il sito di installazione.
Come caso-studio si confrontano due impianti le cui principali caratteristiche sono le seguenti:
a) Impianto FV fisso da 1 MWp: 4.000 moduli in silicio mono-cristallino da 250 Wp; 2 inverter da 500 kWp, 1 cabina MT/bt.
b) Impianto CSP da 1 MWe: 20 collettori solari parabolici da 100 m cadauno; sistema per l’accumulo termico costituito da due serbatoi cilindrici (serbatoio caldo e serbatoio freddo); turbina ad alta pressione; turbina a bassa pressione; generatore di vapore, condensatore, 1 cabina MT/bt.

 

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