Settori strategici per le applicazioni della tecnologia fotovoltaica

La tecnologia fotovoltaica di conversione dell’energia solare in energia elettrica ha conosciuto, in Italia, un periodo di grande notorietà per circa un quinquennio, dal 2009 al 2013, in concomitanza con i generosi incentivi messi in atto dal governo italiano per adempiere gli obiettivi europei di riduzione delle emissioni climalteranti.
Oggi, in Italia, si pensa che la tecnologia fotovoltaica abbia raggiunto una maturità tale da non far prevedere ulteriori sviluppi. Nulla di più sbagliato!

Dal 2014 il mercato mondiale del fotovoltaico è cresciuto in maniera esponenziale con una potenza installata annualmente di oltre 50.000 MW nel solo 2015 ed una corrispondente potenza cumulativa di circa 230 GW. Dopo anni di risonanza per i paesi europei, in particolare Germania e Italia, ora i paesi in evidenza sono la Cina, il Giappone e gli USA.
Nel seguito dell’articolo non si considerano i sistemi installati a terra dalle compagnie elettriche (centrali fotovoltaiche) per la produzione di energia elettrica da vendere sul mercato. L’applicazione più vantaggiosa è quella in cui l’impianto fotovoltaico è realizzato dal consumatore di elettricità (sia esso residenziale, commerciale o industriale) per avere un certo grado di autosufficienza (“prosumer”) in scambio sul posto con la rete. Tale sistema fotovoltaico soddisfa una parte consistente del fabbisogno e costituisce un investimento di lunga durata con tasso di rendimento sicuro ed elevato. L’investimento finanziario con cui fare il confronto è quello in titoli di stato con durata ventennale: in tal caso, l’impianto fotovoltaico, con tassi interni di rendimento anche superiori al 10%, si ripaga in circa 10 anni e produce guadagni per ulteriori 15 anni.

Quali sono i settori strategici per lo sviluppo commerciale della tecnologia fotovoltaica?
A mio avviso sono tre i settori, procedendo da monte verso valle: la ricerca sui materiali semiconduttori (1), le applicazioni fotovoltaiche sugli edifici (2) e l’integrazione dei sistemi fotovoltaici nella rete elettrica con approccio “smart-grid” (3).

Per il settore più a monte (1), la ricerca sui materiali semiconduttori ha permesso di superare il 20% di efficienza di conversione in energia elettrica con il silicio monocristallino più avanzato, cioè quello in combinazione con il silicio amorfo oppure con le celle solari a contatti posteriori. Tali tecnologie consentono anche di minimizzare le perdite di efficienza causate dall’aumento delle temperature di funzionamento in primavera ed estate, stagioni che forniscono circa il 70% dell’intera produzione annuale. Più in generale, il silicio cristallino, nelle forme mono e policristallina, continua a rappresentare oltre il 90% del mercato. Questo non deve stupire dato che la materia prima (sabbia quarzifera) è praticamente inesauribile e quindi economica (alcuni centesimi di euro al kilogrammo). Gli altri materiali (inorganici con elementi delle terre rare ed organici) saranno in grado di occupare nicchie di mercato caratterizzate da esigenze particolari, come le applicazioni nei settori tessile (uniformi militari), veicolistico (biciclette e piccoli natanti).

Per il settore intermedio (2), le applicazioni fotovoltaiche sugli edifici si distinguono in sistemi applicati sull’involucro edilizio e in sistemi integrati al suo interno. Al momento, sono competitivi solo quelli applicati al di sopra dell’involucro edilizio già esistente. La ragione è che sono sistemi equipaggiati con moduli fotovoltaici standard che, pur garantendo la loro protezione contro gli agenti atmosferici, non sono in grado di sostituire l’involucro sottostante. Inoltre, l’installazione al di sopra dell’involucro consente una migliore ventilazione che fa crescere l’efficienza di conversione.
Un esempio di questo tipo di applicazione si può trovare nel nuovo sistema da 600 kW applicato sopra il tetto a shed di un importante complesso di aule del Politecnico di Torino. In tal caso, la tecnologia dei moduli fotovoltaici è quella ad alta efficienza in silicio monocristallino con celle solari a contatti posteriori. D’altra parte, esistono numerosi esempi di sistemi integrati in edifici con moduli fotovoltaici, non standard in triplo vetro, che sostituiscono elementi architettonici quali tetti, lucernari e facciate. Due edifici di questo tipo, facili da visitare, sono il lucernario della stazione ferroviaria dell’alta velocità (Porta Susa) a Torino e la facciata rivolta a sud dell’adiacente grattacielo di una banca di interesse nazionale. Infine, i concetti di “smart-building” e di “nearly-zero-energy-building”, in associazione con la tecnologia fotovoltaica, vanno nella direzione di coniugare l’efficienza energetica, ad esempio delle case passive e/o delle pompe di calore, per il condizionamento estivo ed invernale, con l’auto-produzione di elettricità. Questa può essere scambiata con la rete oppure accumulata con batterie per i periodi di mancanza di insolazione.

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