Il fotovoltaico sì, ma dove? C’è abbastanza spazio per il fotovoltaico in Italia?

In quest’articolo vengono discusse diverse possibili applicazioni di sistemi fotovoltaici a partire da quelle più consolidate, come ad esempio l’installazione su tetti residenziali, per finire a quelle più innovative, come può essere ad esempio l’integrazione con sistemi IoT, con l’obiettivo di verificare se esistono, nella nostra nazione, criticità legate a carenza di aree adeguate per l’installazione.


Le richieste di produzione di energia elettrica da fotovoltaico riportate nel Piano Nazionale Integrato per l'Energia e il Clima 2030 (PNIEC) ed ancora di più quelle necessarie per la transizione energetica della nostra nazione verso scenari di dipendenza da sole fonti di energia rinnovabili, rendono le domande che costituiscono il titolo di quest’articolo, non solo legittime, ma anche attuali e concrete, sia per i decisori politici che per chi, in questo settore, intende investire in risorse e competenze.

In quest’articolo discuteremo diverse possibilità di applicazione per l’istallazione degli impianti fotovoltaici, più o meno già diffuse nel mondo, cercando di stimare, quando possibile, quale è il relativo potenziale fotovoltaico per la nostra nazione e cioè quale è la relativa potenza installabile in Watt di picco (Wp) e, di conseguenza, quale è il potenziale energetico che se ne può ricavare (in kWh/anno). 

 

Le condizioni al contorno: i fattori che possono limitare l’installazione

Quando si parla di potenziale fotovoltaico per una data applicazione dobbiamo distinguere tra un potenziale teorico ed un potenziale fotovoltaico cosiddetto “tecnico” . Il potenziale teorico è la massima potenza installabile selezionando la migliore tecnologia di conversione fotovoltaica oggi disponibile mentre il potenziale tecnico  tiene conto, nelle stime, di alcuni fattori e/o vincoli.  Il potenziale teorico, presa in considerazione una certa area, ci dirà quanta potenza può essere installata, al massimo, in quella area, tenendo conto della migliore tecnologia oggi disponibile ed assumendo che quell’ area sia ideale in termini di ogni altro fattore e che non vi siano elementi limitanti l’irraggiamento solare.

Evidentemente si ottengono, in questo modo, delle stime per eccesso che hanno un senso piuttosto limitato ed utili laddove non siano disponibili sufficienti dati per stime di potenziale tecnico. Le stime relative al potenziale teorico sono spesso espresse direttamente in termini di misura delle aree stesse, p.e. in km2, evitando così anche riferimenti a tecnologie di conversione che sono, peraltro, in continua evoluzione.

I potenziali tecnici, possono essere stimati se si tiene conto dei fattori limitanti sopra menzionati. Questi possono essere classificati in 5 gruppi:

  • a) Fattori geofisici;
  • b) Fattori tecnici
  • c) Fattori ambientali;
  • d) Fattori economici;
  • e) Fattori sociali;

 

In Tabella I riportiamo un elenco non esaustivo di questi fattori.

 

Fotovoltaico: i fattori che ne limitano l'installazione

Fotovoltaico: i fattori che ne limitano l'installazione

TABELLA 1: Elenco dei fattori tecnici che possono introdurre limiti pratici al potenziale fotovoltaico installabile in un dato sito e per una certa applicazione.

 

Ciascuno dei fattori suddetti è un parametro, un numero che consente di ottenere una stima più precisa del potenziale fotovoltaico per l’area considerata e per una certa applicazione. Per esempio, se consideriamo un tetto spiovente di una abitazione residenziale alle nostre latitudini, con orientamento nord-sud, è evidente che, ragionevolmente, solo ½ dell’area di quel tetto, quella orientata a sud, potrà essere utilizzata per l’installazione di un impianto fotovoltaico. Se però sullo spiovente orientato a sud è, per esempio, installato anche un camino, quel fattore ½ ne risulterà ulteriormente diminuito perché si dovrà tener conto di una certa area di rispetto da escludere per via del camino e della sua manutenzione. 

Per chiarezza va altresì aggiunto che, in relazione alla specifica applicazione, in genere solo un sottoinsieme di questi fattori deve essere preso in considerazione. Ad esempio per un impianto su tetto dovrebbero essere presi in considerazione i fattori a (tutti), i fattori b (tutti tranne 4-6, 8, 14-17),  i fattori c (tutti tranne 3-5, 8), il fattore d2 e tutti i fattori e. Anche se appare evidente che non tutti i fattori hanno lo stesso peso e che è in genere solo la sensibilità e l’esperienza del progettista che individua quelli più rilevanti per una determinata applicazione, in genere  il numero di fattori limitanti si conta sempre nell’ordine delle decine. 

 

Come si determina la potenza installabile

Non tutti i parametri in Tabella I incidono direttamente sul potenziale installabile. Alcuni determinano prevalentemente la resa energetica e/o il costo dell’impianto lungo la sua intera vita operativa (contrassegnati con *). Per esempio, l’installazione di un impianto in un’area fortemente inquinata può implicare sia una minore radiazione incidente sull’impianto che maggiori costi di gestione e manutenzione da prevedere, ma non incide direttamente sul potenziale fotovoltaico installabile. Altri parametri (**) hanno invece una influenza indiretta, ma ciò nondimeno rilevante, anche sul potenziale installabile. Ad esempio, certi meccanismi di incentivazione, come lo scambio sul posto (SSP), presente in Italia, possono determinare indirettamente la scelta del quantitativo di potenza fotovoltaica da installare. 

In genere i fattori contrassegnati con * o **  vengono presi in considerazione soprattutto quando la domanda che ci si pone è se sia più conveniente un certo investimento rispetto ad un altro. Per esempio: è più conveniente realizzare impianti fotovoltaici a terra o in mare, oppure, a scala assai maggiore, è più conveniente installare un impianto in quel dato bacino artificiale oppure nel campo  immediatamente adiacente? In effetti, in questi casi più che di potenziale si dovrebbe parlare di “suitability”, cioè di appropriatezza del progetto.

 

Il fotovoltaico sì, ma dove? C’è abbastanza spazio per il fotovoltaico in Italia?

 

Va detto qui, per completezza di informazione, che esistono in commercio diversi software che consentono anche analisi di suitability ma, al momento, ciascuno presenta debolezze e pregi tali da non renderli adatti per qualunque caso (1).  Il problema è in effetti molto complesso non solo per il numero elevato dei fattori da considerare, ma anche perché alcuni di questi possono avere effetti sia positivi che negativi a seconda del tipo di progetto.

Per esempio la ridotta distanza dalla rete stradale di un’area prescelta per la realizzazione di un impianto è un elemento positivo in fase di costruzione, ma potrebbe anche diventare negativo se l’inquinamento derivante dal traffico veicolare dovesse limitare in maniera sostanziale la resa energetica dell’impianto stesso. Per questo motivo sempre più spesso le analisi di photovoltaic potential e/o suitability fanno ricorso alle metodologie di intelligenza artificiale per ricercare soluzioni adeguate (2).  

Ritornando al potenziale, anche quando si evitino le analisi di suitability, il problema non è di facile risoluzione sia per le ragioni sopraddette e sia perché i parametri non sono spesso neppure indipendenti tra loro. Questo non impatta direttamente sul potenziale installabile, ma piuttosto influenza direttamente la producibilità degli impianti. Per esempio se in un’area cresce il livello di inquinamento atmosferico, cambia il rapporto tra radiazione diretta e diffusa così che cambia anche la resa elettrica dell’impianto stesso. Pertanto le analisi di potenziale dovrebbero sempre accompagnarsi con analisi di sensibilità verso i vari parametri presi in considerazione, soprattutto quando si vogliono ottenere delle stime di resa energetica e, quindi, di ritorno economico dell’investimento.

 

Il fattore di scala: bottom-up e top-down

La complessità del problema è evidentemente legata anche alla scala del problema stesso e cioè a quanto estesa è l’area da analizzare. Ad esempio per l’analisi di una singola copertura di una scuola in un’area geografica ben identificata si possono ottenere stime assai accurate sia in termini di potenziale che di resa energetica (e,  volendo, anche di suitability).  Se vogliamo invece valutare il potenziale fotovoltaico e la resa energetica di tutti gli edifici scolastici di una nazione (ed è di questa scala ciò di cui stiamo qui discutendo), il problema, anche se in principio affrontabile, diventa nella pratica irrisolvibile. Cioè l’estensione con tecniche cosiddette bottom-up  delle valutazioni dalla singola copertura al livello macroscopico del caso in esame, diventa impraticabile. 

A questo punto si fa in genere ricorso a metodi statistici, detti top-down, che facendo uso di database e dati disponibili da varie fonti, consentono di dare delle stime sia del potenziale fotovoltaico che della resa energetica al livello macroscopico sopra definito. Le valutazioni che riportiamo di seguito si basano su questo approccio, anche se ne valuteremo la validità, laddove è possibile, con approcci del tipo bottom-up, di recente sviluppati da noi in ENEA. 

 

Le applicazioni fotovoltaiche

Intanto vediamo dove, ad oggi, sono stati installati o dove si potrebbero installare generatori fotovoltaici. L’elenco che segue è una lista sufficientemente esaustiva che presenta sia applicazioni abbastanza comuni e ormai consolidate che altre decisamente più innovative.

 

L'articolo continua...


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