Stati Uniti: il grande progetto solare

Se è vero (ed è vero) che la nostra vita degli ultimi 50 anni ruota attorno ad una sola parola che risponde al nome di petrolio... allora vuol dire che siamo proprio messi male!

In America, che ha deciso di pagare un prezzo assai elevato per proteggere i suoi interessi petroliferi all'estero, questo lo hanno capito, come hanno capito che l'ingresso di Cina e India sulla scena mondiale fa aumentare a dismisura la domanda globale di combustibili fossili, e che le centrali elettriche che bruciano carbone, petrolio e gas naturale, nonché i veicoli di tutto il mondo che sfornano milioni di tonnellate di sostanze inquinanti e di gas ad effetto serra nell'atmosfera ogni anno, minacciano il clima del pianeta: loro lo sanno bene, visto che capita spesso che sono in balia di terrificanti uragani che seminano morte e distruzione... Si, di certo lo hanno capito! Per questo, nel più progredito Paese del mondo, scienziati, ingegneri, economisti e politici hanno proposto varie misure che potrebbero ridurre leggermente l'uso di combustibili fossili e le emissioni inquinanti. Si parla di un gigantesco progetto per sfruttare l'energia solare, che potrebbe dare agli Stati Uniti, anche se oggi può sembrare inverosimile, l'indipendenza dal petrolio estero e tagliare le emissioni di gas serra. Per passare all'energia solare ampie aree del territorio statunitense dovrebbero essere coperte da pannelli fotovoltaici e pannelli per il solare termico. Inoltre, bisognerebbe realizzare un'infrastrruttura a corrente continua per distribuire quell'energia in modo efficiente in tutta la nazione. La tecnologia solare è pronta e può fare una grande differenza. Alcuni ritengono che il passaggio al solare possa fornire il 69 per cento dell'elettricità degli Stati Uniti e il 35 per cento della sua energia totale (inclusi i trasporti) entro il 2050.

Per realizzare questo piano la prima potenza mondiale ha un sacco di spazio e di luce solare a disposizione. Se si pensa che l'energia della luce solare che investe la Terra in 40 minuti è pari al consumo mondiale di energia in un anno e che nel solo sud ovest degli Stati Uniti ci sono circa 650 mila chilometri quadrati di territorio adatti alla costruzione di impianti solari (come quello in Arizona) che ricevono più di 1,3 milioni di terawattora di radiazione solare all'anno... e che basterebbe solo il 2,5 per cento convertito in elettricità a soddisfare il consumo di energia totale della nazione in un anno... ci si convince ancor di più che passare all'energia solare sarebbe la risposta più logica.

Secondo gli autori di questo mega progetto americano, Ken Zweibel, James Mason e Vasilis Fthenakis, tutti professionisti del settore, l'energia solare potrebbe essere venduta agli utenti finali a prezzi paragonabili a quelli attuali negli Stati Uniti: 6 centesimi a chilowattora (kWh). Sviluppando anche l'energia eolica, le biomasse e l'energia geotermica, entro il 2100 le fonti rinnovabili sarebbero in grado di fornire il 100 per cento dell'elettricità degli Stati Uniti e il 90 per cento del fabbisogno energetico totale.

Volendo dare un seguito a questo piano, il governo federale dovrebbe investire più di 400 miliardi di dollari nei prossimi 40 anni per completare il piano al 2050. Un investimento notevole ma che avrebbe un ottimo ritorno. Gli impianti solari consumano poco o niente combustibile, il che consentirebbe di risparmiare nel corso degli anni miliardi e miliardi di dollari. L'infrastruttura andrebbe a sostituire 300 grandi centrali a carbone e 300 impianti ancora più grandi di gas naturale e tutti i combustibili che consumano. Con questo piano si potrebbero eliminare tutte le importazioni petrolifere e diminuire pertanto il deficit della bilancia commerciale degli Stati Uniti, allentando, in tal modo, la tensione politica in Medio Oriente e altrove. Oltreciò, poiche la tecnologia solare è energia pulita, si ridurebbero le emissioni di gas serra delle centrali di 1,7 miliardi di tonnellate l'anno, mentre la diffusione di veicoli ibridi che si ricaricano alla rete elettrica, consentirebbe un ulteriore risparmio di 1,9 miliardi di tonnellate di emissioni inquinanti dovute ai veicoli a benzina. Nel 2050 le emissioni di anidride carbonica degli Stati Uniti diminuirebbero del 62 per cento rispetto ai livelli del 2005, ponendo un grosso freno al riscaldamento globale.

Negli ultimi anni il costo di produzione di celle e moduli fotovoltaici si è ridotto significativamente, aprendo una nuova via allo sviluppo in grande scala. Al momento esistono vari tipi di celle, ma le meno costose sono i moduli thin film (film sottile) realizzati in tellururo di cadmio. Per fornire energia elettrica a sei centesimi al kWh entro il 2020, i moduli thin film in tellururo di cadmio dovrebbero convertire energia elettrica con un efficienza del 14 per cento e i sistemi dovrebbero essere installati a un dollaro e 20 centesimi per watt di capacità. Con i moduli attuali l'efficienza è del 10 per cento e un sistema installato costa circa 4 dollari per watt.

Con la tecnologia che va sempre più progredendo, solo negli ultimi 12 mesi l'efficienza dei moduli commerciali è passata dal 9 al 10 per cento. Questo significa che l'installazione di pannelli solari sui tetti sarà sempre più conveniente poichè più competitivo, riducendo la domanda di elettricità durante il giorno.

Secondo il piano elaborato da Zweibel, Mason e Vasilis Fthenakis, entro il 2050 la tecnologia fotovoltaica potrebbe fornire quasi 3000 gigawatts (GW), o di miliardi di watt di potenza che richiedono l'installazione di circa 78 mila chilometri quadrati (poco meno di Lazio, Campania, Molise, Puglia, Basilicata e Calabria messe insieme) di pannelli. Anche se questa area può sembrare enorme, gli impianti già in atto indicano che la superficie necessaria per ogni gigawatt-ora di energia solare (1 000 MW o 1 000 000 000 W) prodotto nel sud ovest degli Stati Uniti è inferiore a quella necessaria per un impianto equivalente a carbone, tenendo conto anche delle miniere di estrazione.

Da studi realizzati dal National Renewable Energy Laboratory in Golden, Colo., viene dimostrato che nel sud ovest ci sono terreni a sufficienza, senza dover occupare aree ecologicamente sensibili, centri abitati o terreni difficoltosi. La natura innocua degli impianti fotovoltaici, considerando anche il consumo di acqua nullo, non dovrebbe arrecare nessun tipo di preoccupazioni ambientali.

La cosa più importante da fare, allora, è quella di aumentare l'efficienza di conversione del modulo al 14 per cento, una strada sicuramente percorribile. L'efficienza dei moduli commerciali non raggiungerà mai quella delle celle solari realizzate in laboratorio, tuttavia le celle a tellururo di cadmio del National Renewable Energy Laboratory arrivano già al 16,5 per cento.

Il punto debole dell'energia solare è quello di essere soggetta ad un efficace funzionamento solo se c'è il sole. E' quindi indispensabile produrne di più durante le ore soleggiate, per poterla conservarla per le ore notturne. Al momento, la maggior parte dei sistemi di stoccaggio come le batterie, è costosa o ineficciente, ma può essere considerato praticabile l'immagazzinamento dell'energia mediante aria compressa. L'energia elettrica generata dagli impianti fotovoltaici comprime l'aria, pompandola in spelonche sotterranee, miniere abbandonate, negli strati acquiferi e nei pozzi esauriti di gas naturale. L'aria compressa viene rilasciata a richiesta per azionare una turbina che genera l'elettricità, con l'ausilio della combustione di piccole quantità di gas naturale. Questo tipo d'impianti d'imagazzinaggio ad aria compressa sono già in funzione in Germania da diversi anni. Le turbine bruciano soltanto il 40 per cento del gas naturale che consumerebbero senza l'ausilio dell'aria compressa, e la tecnologia di recupero del calore abbasserebbe la percentuale fino al 3 per cento.

All' Electric Power Research Institute in Palo Alto (California) risulta che il costo d'immagazzinamento di energia sotto forma di aria compressa corrisponde circa alla metà di quella alle batterie al piombo. Questi impianti aggiungerebbero 2, 3 centesimi per Kwh alla generazione fotovoltaica, portando così il costo totale a 8, 9 centesimi per chilowattora al 2020.

L'energia elettrica delle farm fotovoltaiche del sud-ovest sarebbe inviata su linee di trasmissione ad alta tensione in corrente continua sino agli impianti di stoccaggio ad aria compressa in tutto il paese, dove le turbine potrebbero generare energia elettrica dovunque e per tutto l'anno. La chiave sta nel trovare siti adeguati. Tuttavia, una mappa realizzata dall' Electric Power Research Institute e dall'industria del gas naturale, dimostra che esistono formazioni geologiche idonee nel 75 per cento del territorio del Paese, e spesso in prossimità di aree metropolitane.

In effetti, un sistema di immagazzinamento dell'energia ad aria compressa sarebbe simile al sistema di distribuzione del gas naturale nazionale, che immagazzina 220 miliardi di metri cubi di gas (8 trilioni di cubic feet) in 400 serbatoi sotterranei.

Se questo piano venisse messo in atto, entro il 2050 richiederebbe 535 miliardi di cubic feet (15 miliardi di metri cubi) di stoccaggio, con aria pressurizzata a 75 atmosfere (1100 libbre per pollice quadrato). Anche se lo sviluppo sarà una sfida, abbondanza di riserve disponibili, e sarebbe ragionevole per l'industria del gas naturale di investire in una tale rete.

Anche se lo sviluppo sarebbe una sfida, l'abbondanza di riserve disponibili dovrebbe indurre l'industria del gas naturale ad investire in un questo tipo di rete.

Un' altra tecnologia ancora poco conosciuta, che permette una produzione più indipendente dal ciclo diurno del Sole e che forse potrebbe rifornire un quinto dell'energia solare, nello scenario ipotizzato da questo studio, sono gli impianti solari termici a concentrazione (Concentrating Solar Power), i quali consentono di produrre quantità significative di elettricità e - in futuro - di idrogeno a costi competitivi. Questo tipo d'impianto utilizza la radiazione diretta del Sole, concentrandola tramite specchi su un "ricevitore" (un tubo riempito di fluido termovettore) che trasforma la radiazione in calore.

Per immagazzinare l'energia la conduttura percorre un enorme serbatoio isolato riempito di sale fuso, che ha la proprietà di conservare il calore im modo efficiente. Il calore trasferito durante il giorno viene estratto nel corso della notte, producendo vapore. Tuttavia, seppur lentamente, il sale fuso si raffredda, facendo sì che l'energia accumulata debba essere utilizzata nel giro di 24 ore.

Gli impianti che già sono operativi dimostrano che il solare termico a concentrazione (Csp) è valido, ma c'è bisogno di ridurre i costi. A questo dovranno contribuire le economie di scala e la ricerca. Un rapporto del 2006 della Solar Task Force degli stati federali del sud ovest, quelli potenzialmente interessati a questo grande piano solare, ha previsto che l'energia solare concentrata potrebbe fornire energia elettrica a 10 cents per Kwh o meno entro il 2015, qualora venissero costruiti impianti per 4 GW di potenza. L'efficienza operativa potrebbe aumentare se si trovasse un modo per aumentare la temperatura dei fluidi dello scambiatore di calore. Un'altra strada percorribile potrebbe essere pure usare i sali fusi come fluidi di trasferimento del calore, consentendo ad una centrale di operare con un solo scambiatore di calore invece di due, riducendo, in tal modo, le perdite di calore e gli investimenti necessari.

Il Csp e il fotovoltaico rappresentano due percorsi tecnologici diversi: ne l'uno nell'altro sono completamente sviluppati, per questo il progetto ne contempla un impiego su larga scala entro il 2020, dando così tempo a queste due tecnologie di evolvere. Potrebbero nascere altre diverse combinazioni di tecnologie solari e man mano che le installazioni cresceranno, sarebbe possibile valutare i pro e i contro sia dal punto di vista ingegneristico sia da quello economico.

Un sistema di produzione e distribuzione di energia solare sarebbe diverso da quello attuale anche dal punto di vista geografico: ora le centrali a carbone, petrolio, gas naturale e nucleare sono sparse un po' dappertutto, ma comunque non troppo distante da dove si consuma l'energia. E dato che la maggior parte della produzione solare si collocherebbe nel sud ovest del Paese, la rete a corrente alternata (alternating-current - AC)
esistente non è abbastanza robusta per trasferire la potenza dagli impiantio fino agli utenti finali: sulle lunghe distanze si disperderebbe l'energia ancor prima di arrivare alla meta. Dovrebbe perciò essere costruita una nuova infrastruttura di trasmissione ad alta tensione in corrente continua (direct-current - HVDC).

Uno studio condotto dall'Oak Ridge National Laboratory indica che sulla lunga distanza la trasmissione ad alta tensione in corrente continua (HVDC) disperde meno energia di quella a corrente alternata (AC). L'infrastruttura distribuirebbe l'energia dalle centrali solari in tutte le direzioni. Le linee terminerebbero nelle centrali di conversione, dove la corrente sarebbe trasformata in AC (corrente alternata), e inviata sulle linee di distribuzione regionale. Il sistema a corrente alternata ha superato i suoi limiti di capacità, provocando numerosi blackout; le linee a corrente continua invece sono meno costose da costruire e richiedono una superficie minore rispetto a linee a corrente alternata equivalenti (AC). Ad oggi, le circa 500 miglia di linee a corrente continua (HVDC) operative negli Stati Uniti hanno dato prova di affidabilità ed efficienza. Il grande piano solare negli Stati Uniti ipotizzato dagli autori di questo progetto prevede due distinte fasi.

La prima fase, da ora fino al 2020, deve rendere competitivo il solare a livello di produzione di massa. Questa fase richiederà l'intervento del governo che dovrà concedere prestiti di 30 anni, acquistare questo tipo di energia e fornire sussidi e il supporto per le sovvenzioni. In questo caso, il pacchetto degli aiuti annuali sarebbe in costante aumento dal 2011 al 2020, sino a che la tecnologia solare non sarà in grado di competere col mercato. Il totale delle sovvenzioni toccherebbe i 420 miliardi di dollari (più avanti verrà spiegato come reperirli).
Per il 2020 dovrebbero essere installati impianti a concentrazione solare pari a 84 GW. Allo stesso tempo, dovrebbe essere realizzata la rete di trasmissione a HVDC (corrente continua) che potrebbe espandersi lungo i terreni federali delle autostrade interstatali, minimizzando l'acquisizione del nuovo terreno e le lungaggini burocratiche. L'infrastruttura potrebbe raggiungere mercati importanti dell'ovest a Phoenix, Las Vegas, Los Angeles e San Diego e dell'est a San Antonio, Dallas, Houston, New Orleans, Birmingham, Tampa ed Atlanta.

Costruire 1,5 GW di potenza fotovoltaica e 1,5 GW di Csp (energia solare a concentrazione) all'anno nei primi 5 anni stimolerebbe molto i produttori. Nel lustro successivo si dovrebbero costruire impianti per 5 GW di potenza per ciascuna tecnologia, consentendo ai produttori di ottimizzare le linee di produzione. Il risultato di questa primo fase consentirebbe di far abbassare il costo dell'elettricità sotto i 6 cents per Kwh.

Il programma è realistico: è già accaduto che dal 1972 al 1987 sono state costruite ogni anno negli Stati Uniti centrali nucleari per una potenza di 5 GW. Oltreciò, allestire centrali solari è più semplice, più veloce e si hanno meno complicazioni di quelle convenzionali.

Nel progetto ipotizzato si confida sul fatto che gli incentivi rimangano effettivi fino al 2020, di modo che la crescita del settore possa auto sostenersi dopo questa data.

Gli autori del piano solare mantengono tuttavia la prudenza nell'estendere il loro piano di attuazione del progetto fino al 2050, non prendendo in considerazione eventuali progressi tecnologici ed economici successivi al 2020, ed ipotizzando che la domanda cresca dell'uno per cento all'anno (mentre è noto che negli USA i consumi elettrici sono altissimi e potrebbero essere ridotti con un piano di efficienza energetica).

In questo scenario gli impianti ad energia solare fornirebbero il 69 per cento dell'elettricità e il 35 per cento dell'energia primaria dell'intero Paese entro il 2050. Questi valori comprendono il fabbisogno energetico di 450 milioni di veicoli ibridi che si ricaricherebbero connettendosi alla rete, e che dovrebbero sostituire quelli a benzina. Di conseguenza, verrebbero creati circa tre milioni di nuovi posti di lavoro, la maggior parte dei quali nei componenti per le centrali solari, che supererebbe di gran lunga quei posti di lavoro persi dall'industria per la lavorazione dei combustibili fossili.

Tutto ciò consentirebbe di ridurre la dipendenza dalle importazioni di petrolio e alleggerire l'effetto delle emissioni di gas serra. L'enorme diminuzione dell'importazione di greggio influirebbe positivamente sulla bilancia dei pagamenti per il commercio estero di circa 300 miliardi di dollari all'anno.

Una volta installati, gli impianti ad energia solare abbisogneranno di manutenzione e di riparazione, ma questo non influirà sul costo della bolletta poichè il prezzo dell'energia solare rimarrà pari a zero, il che raddoppierebbe il risparmio sui combustibili fossili anno dopo anno. Poi, l'investimento sul solare aumenterebbe la sicurezza dell'energia nazionale, riducendo gli investimenti nel settore bellico e diminuendo i costi sociali dell'inquinamento e del global warming (riscaldamento globale). Quindi salute, vita sociale, tutela ambientale delle coste, dei terreni coltivabili...

Poi, se si prende in considerazione quanta energia viene utilizzata per far andare avanti l'apparato convenzionale (processo di estrazione e lavorazione dei combustibili fossili)... il grande piano solare porterebbe ad una sensibile riduzione dei consumi energetici. Anche con un aumento della domanda dell'uno per cento all'anno, i 29 petwattora (PWh= 10 elevato a 12 chilowattora - 29 PWh, ovvero 29.000.000.000.000 KWh) consumati nel 2006 scenderebbero a 27 nel 2050.

Per raggiungere gli obiettivi al 2050 occorrono circa 120 mila chilometri quadrati di territorio per fotovoltaico e solare termico a concentrazione (Csp). Pur se la superficie è vasta, in effetti costituisce solo il 19 per cento dei territori disponibili del sud ovest degli Stati Uniti (Kentucky, Tennessee, Alabama, Louisiana, Mississipi, Arkansas, Oklahoma, Texas...). La maggior parte di questa area non ha alcun valore per uno sfruttamento alternativo, per esempio agricolo. E non subirebbe nessun inquinamento. Il Piano difatti ipotizza che nel 2050 solo il 10 per cento della capacità solare sia ricavata da impianti fotovoltaici distribuiti su edifici o terreni privati. Ma via via che i prezzi scenderanno in seguito alla produzione in serie, questi impianti potrebbero avere un ruolo più rilevante.

Sebbene non sia possibile progettare con esattezza quello che succederà fra 50 anni o più, si è voluto fare, a titolo d'esercizio, uno scenario al 2100 alfine di dimostrare il notevole potenziale dell'energia solare.

Per quell'anno, sulla base di questo piano, la domanda di energia (compreso i trasporti) è progettata per essere di 40 PWh, sette volte maggiore di quella attuale. Si è voluto, dunque, effettuare una stima prudente della capacità degli impianti solari necessaria nelle peggiori condizioni di esposizione solare nel sud ovest americano registrate storicamente, quelle degli inverni 1982-1983 e 1992-1993 a seguito della catastrofica eruzione del Mount Pinatubo (15 giugno 1991), nelle Filippine, che eruttò nella stratosfera qualcosa come 20 milioni di tonnellate di anidride solforosa.

E ancora una volta non si è voluto ipotizzare progressi tecnologici o abbattimento dei costi oltre il 2020, benchè sia difficile dubitare che nei prossimi 80 anni le ricerche non portino ad un miglioramento dei costi, dell'efficienza di conversione e dello stoccaggio dell'energia solare.

Basandoci su questi presupposti, dicono gli autori del progetto, la domanda di energia degli Stati Uniti potrebbe essere soddisfatta con le seguenti capacità: 2,9 TW (terawatt) di potenza fotovoltaica immessa direttamente nella rete e altri 7,5 TW dedicati allo stoccaggio ad aria compressa; 2,3 TW di potenza solare a concentrazione; 1,3 TW di impianti fotovoltaici distribuiti. La fornitura sarebbe completata con 1 TW di parchi eolici, 0,2 TW di impianti per l'energia geotermica e 0,25 TW di produzione di combustibili da biomasse. Il modello comprende 0,5 TW di pompe per il calore geotermico per il riscaldamento e condizionamento degli edifici.

I sistemi solari richiederebbero circa 165 miglia quadrate (780 mila Kmq) di terre, ancora meno della superficie adatta e disponibile nel sud ovest.

Nel 2100 questa gamma di fonti rinnovabili potrebbe generare il 100 per cento di tutta l'energia elettrica e più del 90 per cento del totale di energia degli Stati Uniti. In primavera e in estate, l'infrastruttura solare potrebbe produrre abbastanza idrogeno da soddisfare oltre il 90 per cento della domanda di combustibili del traffico veicolare e sostituire la piccola fornitura di gas naturale usata come ausilio delle turbine ad aria compressa. Altri 48 miliardi di galloni (180 miliardi di litri) di biocarburanti coprirebbero il resto dell'energia necessaria per i trasporti.

A questo punto le emissioni di anidride carbonica sarebbero inferiori del 92 per cento rispetto a quelle prodotte nel 2005.

Il nostro, dicono gli autori, non è un piano di austerità, poichè tiene conto di un incremento della domanda dell'uno per cento all'anno, in grado di garantire uno stile di vita simile a quello attuale con i miglioramenti previsti nella produzione e nel consumo di energia.

Ma come reperire i 420 miliardi di dollari necessari a pagare questo rinnovamento dell'infrastruttura energetica del paese?

Una delle idee più comuni è l'applicazione di una carbon tax da 40 a 90 dollari per tonnellata di carbone. Lo sostiene l'International Energy Agency, la quale suggerisce di spingere i produttori di energia ad adottare sistemi di sequestro del carbonio e d'immagazzinamento dell'energia. L'imposta è equivalente ad un aumento del prezzo dell'energia elettrica di 1 o 2 cents per kWh. Tuttavia, il piano energetico solare di cui ci stiamo occupando costa di meno: i 420 miliardi di dollari si potrebbero reperire con una tassa di 0,5 centesimi al kWh. Poichè oggi negli Stati Uniti l'elettricità è venduta ad un prezzo compreso tra 6 e 10 cents per kWh, l'aggiunta di uno 0,5 cent per kWh sembra ragionevole.

Il congresso potrebbe istituire incentivi finanziari mediante l'adozione di un piano nazionale di energia rinnovabile. Più o meno come è accaduto per il Farm Price Support, il programma di sussidi all'agricoltura che è stato giustificato da esigenze di sicurezza nazionale.

Un programma di sostegno per i prezzi del solare potrebbe garantire il futuro energetico della nazione, vitale per il benessere a lungo termine del Paese. Le sovvenzioni, sarebbe progressivamente implementati dal 2011 al 2020. Con un periodo di restituzione standard di 30 anni, la fine delle sovvenzioni terminerebbe tra il 2041 e 2050. Le compagnie elettriche della rete di trasmissione a HVDC (high-voltage DC transmission = corrente continua) non dovrebbero essere sovvenzionate, poichè potrebbero finanziare la costruzione di linee di tensione e centrali di conversione, come fanno adesso con le linee a corrente alternata (AC= alternating-current), mediante la realizzazione dei ricavi provenienti dalla fornitura di elettricità.

Sebbene sia una cifra considerevole, 420 miliardi di dollari è meno costosa sia dell'attuale programma Farm Price Support, sia dei sussidi fiscali per realizzare l'infrastruttura nazionale di telecomunicazioni ad alta velocità negli ultimi 35 anni. E libererebbe gli Stati Uniti da questioni finanziarie e politiche causate dai conflitti internazionali legati all'energia.

Senza sussidi, il grande piano solare non è possibile. Altri paesi hanno raggiunto conclusioni simili: il Giappone sta costruendo un'ampia infrastruttura solare con un piano incentivante, e la Germania ha avviato un programma a livello nazionale.

Sebbene l'investimento sia alto, non bisogna però dimenticare che la radiazione solare è gratuita. Non comporta costi annuali per il controllo dell'inquinamento, come quelli con l'energia ricavata dal carbone, petrolio o nucleare, ma solo un piccolo costo aggiuntivo per il gas naturale nei sistemi ad aria compressa, che però potrebbe essere sostituito da idrogeno e biocarburanti. Quando si sarà raggiunto il risparmio dei combustibili, per i prossimi decenni il costo dell'energia solare sarà un affare. Ma non si può aspettare sino ad allora per mettere in moto questo progetto.

I critici hanno sollevato alcune obiezioni, ad esempio che i limiti dei materiali potrebbero ostacolare una installazione su larga scala. Con un rapido sviluppo non si possono escludere problemi temporanei di approvvigionamento. Tuttavia esistono diversi tipi di celle che usano differenti combinazioni di materiali. Inoltre, i progressi nelle lavorazioni e nel riciclaggio stanno riducendo la quantità di materiali necessari per produrre le celle. E nel lungo periodo gran parte delle vecchie celle solari potrebbero essere riciclate in nuove celle, trasformando il quadro del sistema di fornitura dell'energia del Paese, dai combustibili in via di esaurimento ai materiali riciclabili.

Il grande ostacolo per la diffusione di un sistema di energie rinnovabili in America non è la tecnologia o il denaro. È la mancanza di consapevolezza diffusa che l'energia solare è un'alternativa praticabile, capace di sostenere anche i trasporti. Gli analisti più lungimiranti dovrebbero cercare di convincere i cittadini americani, i responsabili delle istituzioni scientifiche e i leader politici dell'incredibile potenziale dell'energia solare.
Una volta che questo potenziale sarà stato compreso - dicono concludendo gli autori del grande piano solare - siamo certi che il desiderio di autosufficienza energetica e la necessità di ridurre le emissioni di anidride carbonica prevarrà su tutto e si adotterà allora un piano solare nazionale.

FINE

Fonte e immagine: ilprofessorechos.com

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Gli autori di questo piano solare sono Ken Zweibel, presidente di PrimeStar Solar; James Mason, direttore di Solar Energy Campaign e di Hydrogen Research Institute di Farmingdale, N.Y e Vasilis Fthenakis, professore e direttore del Columbia University's Center for Life Cycle Analysis, a capo del Photovoltaic Environmental Research Center. L'articolo è uscito su Scientific American, ripreso nell'edizione italiana Le Scienze.
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Fotovoltaico e nanotecnologie

Secondo un annuncio fatto dall'Università di Copenhagen, il Dr. Martin Aagesen ha sviluppato un nuovo materiale, il nano flakes (nano fiocchi), che può rivoluzionare la trasformazione di energia solare in elettricità.

Come è noto, l'energia prodotta dal sole non può essere sfruttata da un impianto elettrico come quello usato abitualmente nelle abitazioni, in quanto è necessario trasformare questa energia attraverso un inverter. Se si risolvesse questa "lacuna", chiunque, in futuro, potrà beneficiare di elettricità solare e risparmiare denaro. Il nano flakes ha il potenziale di convertire fino al 30% di energia solare in energia elettrica.

Con le nanotecnologie gli studi si evolvono in maniera veloce. Lo studio della materia a livello micro e nano (molecole, atomi, cellule, geni) è reso possibile da sofisticati strumenti d'indagine che indirizzano lo sguardo umano sempre più in profondità. Anche quando sono applicate al fotovoltaico.

Il nano flakes permette di ridurre i costi di produzione di celle solari, in quanto, grazie all'uso di nanotecnologie, e alla sua struttura si può usare meno silicio.

Martin Aagesen (foto a lato), che è anche direttore della SunFlake Inc., dice inoltre che i nano flakes hanno anche la possibilità di sfruttare al meglio l'energia solare, nella distanza del trasporto di energia nella cella solare.

Durante il suo lavoro per la tesi di dottorato presso il Nano-Science Center and Niels Bohr Institute, Aagesen, scoprendo il nuovo materiale, non ancora catalogato, ha detto: "una perfetta struttura cristallina, a prima vista molto rara, in grado di assorbire efficacemente la luce e dal potenziale inequivocabile", che potrebbe diventare una perfetta cella solare...

La scoperta del nuovo materiale, come è ovvio, ha suscitato molta attenzione internazionale, meritando anche un articolo sulla rivista Nature.

Se le future celle di Aagesen imboccherranno la giusta strada, si rivelerà di certo, un importante passo avanti nello sfruttamento dell'energia solare.

La casa del Futuro

Mi è capitato di dire in altre occasioni, che sarà la Scienza e quindi la tecnologia a rimettere l'umanità sulla giusta careggiata.

Prova ne sono i grandi passi avanti che si stanno facendo nel campo tecnologico, nel fotovoltaico e nella sperimentazione di sostanze che potrebbero rivelarsi preziose nella risoluzione del grande problema climatico-ambientale (effetto serra, global warming, uragani...) che ci accompagna, ormai, da tempo.

Arriverà dunque il momento in cui potremo beneficiare di tutte quelle migliorie che reca con se il progresso, a cominciare proprio dalle fondamenta, nel luogo principe per antonomasia, su cui si fonda proprio la famiglia, nel luogo in cui verranno soddisfatti gran parte dei nostri desideri, e che possiamo senza alcun dubbio definire "la casa del futuro".

Si può dire che gia oggi l'80% delle soluzioni tecnologiche da porre nel futuro edificio, sono pronte per il mercato. Questo lo si desume da un progetto portato avanti da una associazione no profit, assieme ad alcuni partner industriali, dove ecologia e risparmio energetico sono la parola d'ordine.

La casa del futuro produrrà direttamente l'elettricità e il calore necessario al suo funzionamento con celle fotovoltaiche montate all'esterno e con l'impiego di tecnologie a idrogeno, in cui unico residuo sarà acqua pura. In cucina sarà presente un pannello di comando che permetterà di regolare luce e temperatura, oppure di liberare nell'aria aromi particolari. Cucinare sarà semplicissimo: basterà passare la busta della spesa su uno scanner e sulla tv apparirà un cuoco che ci guiderà nella preparazione della ricetta.

Su un altro monitor sarà possibile tenere sotto controllo i consumi di acqua, gas e luce, segnalando eventuali problemi.

Per i bambini saranno previste strutture speciali nelle quali giocare a temperature e a ossigeno controllati.

La doccia si avvierà da un bottone accanto al letto, mentre sullo schermo, vicino al lavabo, si potranno vedere le ultime notizie, le previsioni del tempo o le nostre email. Alle camicie, invece, potrà pensare con efficienza un robot stiratore.

Se poi la casa farà parte di un villaggio digitale ci saranno videocamere per tenere sotto controllo l'esterno, si potrà dare un'occhiata ai bambini che giocano in cortile o all'auto in garage, sarà possibile videotelefonare gratis ai nostri vicini, prenotare dallo schermo di casa il campo da tennis o la piscina; il cancello riconoscerà la targa dell'auto e una card o un microchip sostituirà le chiavi e garantirà un accesso sicuro. Tutte le informazioni della vita sociale viaggeranno in tempo reale in forma digitale.

Ma non è finita...

Sarà possibile sostituire i pannelli solari con delle piastrelle super tecnologiche.In un'anteprima ne sono stati visti i prototipi al Centro ceramico di Bologna, laboratorio a partecipazione pubblica-privata che esperimenta le soluzioni futuribili. Esiste ad esempio la piastrella che trasforma la luce in energia: rivestendo le mura con la ceramica, la casa sarà in grado di autoriprodursi energia (gratis): l'effetto viene ottenuto applicando sulla superficie della piastrella uno strato fotovoltaico.

C'è poi la piastrella antinquinamento, in cui le particelle inquinanti a contatto con la ceramica "vengono mangiate" diventando biodegradabili. La piastrella deve avere delle particolari sostanze, che si stanno sperimentando, come il biossido di titanio, il quale viene steso sullo smalto oppure sullo strato superficiale della piastrella. Ma anche la piastrella che combatte i batteri, particolarmente adatta per il bagno, in cui viene utilizzato l'argento, la cui funzione come materiale antibatterico è nota sin dall'antichità.

Controllare l'impianto dallo spazio

In un'era tecnologica come la nostra, anche gli impianti fotovoltaici possono usufruire di prestazioni satellitari, per il controllo a distanza.

La soluzione si basa sulle trasmissioni delle informazioni fornite dagli inverter e un portale web per la loro diretta visualizzazione.

Questo approccio consente di verificare l'efficienza della trasformazione da corrente alternata a corrente continua prodotta dal campo fotovoltaico ed eventualmente rilevare possibili interruzioni della connessione dei moduli a livello di singola stringa, ma non di ottenere una valutazione della efficienza dell'impianto nel suo complesso.

Per verificare l'efficienza globale dell'impianto, cioè verificare l'effettiva capacità di convertire l'energia solare in energia elettrica, è innanzitutto necessario monitorare in maniera costante due parametri: la radiazione solare incidente sui moduli e la loro temperatura di lavoro

Il controllo a distanza di un impianto fotovoltaico è essenziale per assicurare il mantenimento della massima efficienza nella produzione di energia nel corso degli anni e quindi un processo rapido di recupero dell’investimento. Inoltre, la visibilità della energia prodotta dall’impianto fornisce al cliente la percezione del valore dell’investimento effettuato.

PV-Controller nasce grazie ad un progetto condotto in collaborazione con la Agenzia Spaziale Europea (ESA) da Flyby s.r.l., azienda italiana specializzata in servizi di telerilevamento satellitare in tempo reale e in sistemi per il monitoraggio ambientale, con lo scopo di offrire ad aziende ed Enti di istallazione di impianti fotovoltaici ed erogazione di servizi di manutenzione soluzioni innovative per rispondere alle esigenze dei loro clienti.

Telecontrollo a tecnologia satellitare

Nella sua versione base, PV-Controller consente il controllo remoto via web di impianti fotovoltaici tramite il monitoraggio in tempo reale della radiazione solare da satellite e l’acquisizione di informazioni relative all’impianto mediante un semplice data logger (EasyLog) da istallare presso l’impianto. Tale dispositivo è dotato di memoria e di modem GPRS ed invia al sito web almeno i dati di produzione oraria dell’impianto acquisiti da un contatore di energia ad impulsi (standard S0).

PV-Controller è così in grado di fornire on-line lo stato di funzionamento dell’impianto senza necessità di interfacciarsi ad inverters o a sensori meteorologici. PV-Controller è in grado comunque di acquisire dati dagli inverters dell’impianto e di fornire via web la diagnostica dell’impianto sfruttando anche tali informazioni.

Nel caso di impianti di medie o grandi dimensioni, PV-Controller prevede inoltre l’utilizzo di sensori di irradianza e sensori meteo gestibili utilizzando altre versioni di data loggers SolarSAT, LightLog e SuperLog. Quest’ultimo è equipaggiato anche di un display grafico per il monitoraggio sul posto dello stato di funzionamento dell’impianto.

L’efficienza dell’impianto fotovoltaico è on-line

Sfruttando un accurato modello opto-elettronico che viene applicato ai parametri descrittivi dell’impianto forniti via web dall’installatore, PV-Controller valuta la produzione oraria attesa dall’impianto e la confronta con quella misurata dal contatore. La produzione attesa viene calcolata sulla base dei dati di irradianza solare e di altri parametri come la temperatura dei moduli, la direzione e l’intensità del vento. Sul sito web viene così fornito il grado di efficienza dell’impianto in termini di produzione energetica ed in termini di redditività economica e la diagnostica di funzionamento (efficienza inverters, condizioni di malfunzionamento, ...).

L’installatore o il manutentore accedendo al portale web, completamente personalizzabile per l’azienda, può in ogni momento disporre della diagnostica di impianto e di un servizio di gestione degli eventuali allarmi.

PV-Controller consente di accorgersi di possibili inefficienze di produzione e delle conseguenti perdite economiche, riducendo al minimo la possibilità di falsi o mancati allarmi grazie all’ausilio della misura satellitare.

Un “plus”per ogni impianto fotovoltaico

I vantaggi principali offerti da PV-Controller sono:

economicità e semplicità d’installazione: il servizio è proponibile anche per piccoli impianti, consentendo al cliente finale di percepire giornalmente il valore dell’investimento effettuato. Il dispositivo EasyLog è di istallazione elementare, non necessitando di alcuna interfaccia con l’impianto o di connessione ad Internet e di configurazione di routers: basta collegare il dispositivo EasyLog ad un contatore ed i dati sono trasmessi automaticamente al sito web mediante link dati GPRS.

un unico portale web per diverse tipologie di impianto: la compatibilità con la maggior parte dei modelli di inverters offerta dai data loggers SolarSAT abbinati a PV-Controller, consente di gestire impianti di diverse caratteristiche con uno standard web unico condiviso dai diversi operatori (es. team di manutentori).

affidabilità e nessuna manutenzione: il monitoraggio dell’efficienza dell’intero impianto avviene senza dover installare sensori in linea con il campo fotovoltaico che necessiterebbero di verifiche di calibrazione e di interventi di manutenzione periodici. Il dato satellitare è accurato e la sua qualità costantemente controllata.

gestione manutenzione impianto: l’azienda o l’Ente erogatore del servizio PV-Controller può offrire al proprio cliente anche la gestione di eventuali allarmi di malfunzionamento dell’impianto consigliando interventi di manutenzione mirati.

accesso ai dati sicuro e diversificabile: i dati diagnostici dell’impianto sono disponibili tramite una interfaccia user-friendly direttamente accessibile dall’operatore o anche dal cliente finale, mediante password di accesso diversificate attraverso il sito web dell’azienda erogatrice del servizio.

Per seguire il cliente dalla progettazione alla manutenzione .

Integrando i moduli PV-Controller e PV-Planner, il sistema SolarSAT consente di seguire il cliente finale durante l’intero ciclo di vita dell’impianto: dall’esame di fattibilità, alla progettazione, alla preventivazione, al collaudo, all’assistenza tecnica per il monitoraggio del corretto funzionamento, alla manutenzione dell’impianto. Tale approccio consente di fornire la massima soddisfazione al cliente finale in termini di qualità globale dell’offerta, attraverso servizi di elevato valore aggiunto erogati da un unico sistema web aziendale.

Massima flessibilità di personalizzazione.

Il sistema integrato SolarSAT è completamente personalizzabile per l’azienda o l’Ente che desidera offrire i diversi servizi ai propri clienti, essendo integrabile nei portali web aziendali esistenti in outsourcing.

Fotovoltaico: il film sottile

La nuova tecnologia sul fotovoltaico si chiama "film sottile". Essa è formata da una pellicola trasparente a base di telloruro di cadmio, racchiusa fra due lastre di vetro, che cattura i raggi del sole producendo elettricità.

Rispetto alle celle fotovoltaiche al silicio, il film sottile costa molto meno ed ha una capacità di assorbimento dell'energia solare pari al 12%, contro l'8% dei pannelli tradizionali.

Non molto, ma avanti così si migliorerà ulteriormente.

Questa tecnologia garantisce buone performances pur in presenza di tempo nuvoloso e per elevate temperature dei moduli.

Uno dei più grandi impianti al mondo dove si è deciso di usare celle in film sottile (CdTe) si trova a Meiring, in Germania, dove la Epuron, azienda leader nelle energie rinnovabili ha installato 28.500 moduli di First Solar pari a 1,78 MW su un'area di oltre 6 ettari. L'impianto, costato 7 milioni di euro, è sufficiente al fabbisogno di circa 500 famiglie, con un risparmio sulle emissioni inquinanti pari a 1450 milioni di tonnellate di CO2 l'anno.

In Italia, è stato sperimentato un brevetto dell'Universita' di Parma, che ne ha migliorato ulteriormente l'efficienza e ridotto i costi. I pannelli sono stati sperimentati nei paesi mediterranei del Maghreb e del Medio Oriente. Quindi, e' stata avviata la produzione industriale, affidata alla lombarda Marcegaglia Energy.

Secondo uno studio del NIEHS (National Institute of Environmental Health Sciences) il cadmio, un metallo presente nel cibo, nell'acqua e nelle sigarette, distrugge il sistema di riparazione delle cellule fondamentale per prevenire il cancro. Il metallo, usato sopratutto per fare batterie, e' un noto cancerogeno e causa cancro ai polmoni nelle industrie che lo usano quando non vengono adottate adeguate protezioni.

Dice Wikipedia, a proposito del cadmio: Circa tre quarti della quantità di cadmio prodotta vengono usati nelle pile al nichel-cadmio, mentre il quarto rimanente è principalmente usato per produrre pigmenti, rivestimenti e stabilizzanti per materie plastiche.

Scrive Stefano - in un commento del post il film sottile: il cadmio è altamente tossico e rappresenta un problema sia in fase di lavorazione che di smantellamento, oltre alla (remota) possibilità di rilascio durante l'esercizio.

Risponde Luca - La tossicità del Cadmio è un problema reale, ma nei moduli al CdTe tale metallo si trova confinato e sotto forma di composti molti stabili (il telloruro appunto). Durante la lavorazione i rischi di diffusione di cadmio nell'ambiente sono ben controllabili e sono previsti piani di riciclo dei moduli che tra l'altro sono economicamente interessanti visto che il Tellurio è un metallo abbastanza raro e costoso.

Poi c'è Vil, che si lamenta che questi pannelli di terza generazione non sono ancora in produzione ne in commercio.

Avvalendomi d'Internet oltre che di riviste specializzate, cerchiamo allora di capirne di più su questa tecnologia.

Il film sottile oggi copre una fetta di mercato assai inferiore rispetto a quella del silicio cristallino, anche perchè la produzione su scala industriale è insufficiente. Questo impedisce d'altronde gli studi sistematici sull'impatto ambientale della tecnologia, oltre ad una mancanza di un database completo, come nel caso della tecnologia cristallina. Solo quando la tecnologia in film sottile inizierà a guadagnare quote di mercato significative, si potrà dire che questa lacuna verrà colmata.

Uno degli studi più approfonditi sull'argomento riguarda i moduli in CdTe (tellururo di cadmio) sviluppati dall'azienda americana First Solar.

Il Telloruro di cadmio, nel caso dei moduli in film sottile, nella sua forma metallica risulta essere una sostanza tossica che ha tendenza ad accumularsi nella catena alimentare, anche se il composto CdTe è da considerare più stabile di altri composti contenenti cadmio e non è solubile in acqua.

Tuttavia, nel caso dei moduli rotti, la dispersione ambientale di Cadmio si può considerare bassa. Inoltre, l'utilizzo di cadmio nei moduli fotovoltaici è piccolo (5-10 gr x m2) e il materiale è completamente incapsulato nei moduli.

Anche il rischio che il cadmio venga emesso in seguito a un incendio è limitata se si utilizza un incapsulamento a doppio vetro. Le emissioni di cadmio durante le fasi di produzione delle celle sono molte basse e quindi si può concludere che l'utilizzo nel fotovoltaico rappresenta un'ottima modalità di sequestro di questo elemento, che è un'inevitabile sottoprodotto nella produzione di zinco. First Solar attua già il ritiro dei moduli in CdTe usati e una linea pilota di riciclaggio ha dato dei risultati molto promettenti.

Difatti da indicatori per la tecnologia CdTe vengono confrontate le emissioni di Cadmio per diverse tecnologie e le emissioni dirette di Cadmio della tecnologia CdTe sono minime, in realtà questo elemento viene disperso nell'ambiente a causa dell'inquinamento prodotto nella produzione di elettricità da olio combustibile e carbone utilizzata per realizzare i moduli.

Come vengono riciclati i moduli - Nell'analisi dell'impatto sull'ambiente del fotovoltaico c'è tuttavia da considerare anche la fine del ciclo di vita dei materiali. Oggi il problema è relativo perchè le installazioni fotovoltaiche giunte alla fine del loro ciclo sono ancora poche ma, secondo alcune stime, nel 2040 si prevedono 33.5000 tonnellate di moduli usati contro le 290 tonnellate del 2010... Le installazioni fotovoltaiche sono considerati e-waste, rifiuti elettronici e tuttora non esiste una direttiva europea per lo smaltimento del fotovoltaico. In Europa è nata di recente una fondazione non profit dal nome PV Cycle, la quale si propone di realizzare un sistema certificato di raccolta, riparazione, riuso e riciclo dei dispositivi fotovoltaici usati.

Fonte: il professor €chos.com

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Storia del Silicio

Visto l'interesse che il fotovoltaico suscita nel mondo, ma soprattutto, a seguito del nuovo decreto sugli incentivi entrati in vigore nel nostro Paese sabato 24 febbraio , il cui obiettivo è il raggiungimento di 3.000 MW al 2016... vale forse la pena perlustrare, seppur bloggarmente parlando, le origini di quello che oggi sta conducendo l'umanità verso un futuro sistema di alimentazione pulita.

Per cui, dato il momento storico che stiamo vivendo, voglio parlarvi del silicio, l'elemento chimico che dopo l'ossigeno si trova più abbondantemente (oltre per 1/4) sul nostro pianeta.

Esso lo si trova in natura principalmente in forma di biossido di silicio, nelle selci, nelle pietre pomici, nell'argilla, nel granito, nella sabbia del mare, in minerali come i quarzi, che ne contengono in gran quantità. Animali marini di piccole dimensioni lo hanno usato per costruire il loro scheletro, alcuni vegerali ne fanno uso per creare meccanismi di difesa.

Il silicio è un elemento che appartiene allo stesso gruppo chimico del carbonio e del germanio. Quando è allo stato puro forma dei cristalli che hanno una struttura molto simile al diamante. Assieme al selenio, al tellurio, al boro e a composti come l'ossidulo di rame, il solfuro e il seleniuro di zinco... presentano una resistenza specifica intermedia fra quella dei conduttori metallici e quella dei materiali isolanti.

In natura vi sono due grandi categorie di elementi: i conduttori, quelli che conducono la corrente elettrica,e gli isolanti, quelli che invece non la conducono. Il silicio, come anche il germanio, sono invece semiconduttori, per cui in certe circostanze essi permettono il passaggio della corrente elettrica ed in altre si comportano come isolanti.

Il silicio è un materiale che l'uomo conosce e sfrutta da millenni ma solo alla fine dell'800 fu scoperto che, se unito al ferro sviluppava proprietà magnetiche. Così è stato impiegato per gli elettromagneti e trasformatori. Da quel momento è stato prodotto chimicamente in una forma ragionevolmente pura, pari forse al 98%.

Dopo i primi impieghi nell'industria metallurgica il silicio lasciò presto le fonderie per scopi, diciamo così, più raffinati. E fece la sua comparsa nel mondo della radiotelegrafia. Ma fu con lo sviluppo del radar, negli anni della Seconda guerra mondiale, che il silicio iniziò la sua vera carriera di imperatore dell'elettronica.

Ma il grande interesse per il silicio lo si deve all'invenzione di tre ricercatori della Bell Telephone Laboratories (William Shockley, John Bardeen e Walter Brattain), i quali realizzarono il primo transistor, che valse loro il premio Nobel per la fisica nel 1956.

In tempi più recenti, le proprietà del silicio hanno determinato il suo impiego nella realizzazione dei chip.

Tale lavorazione si ottiene aggiungendo al silicio puro piccolissime quantità di altre sostanze, che modificano così ulteriormente le proprietà del materiale. In questo caso si dice che il silicio viene "drogato". I circuiti integrati moderni sono costruiti sovrapponendo, come in un wafer, vari strati di silicio drogati in modo diverso.

E' un procedimento molto complesso e delicato. Innanzi tutto bisogna partire da un cristallo purissimo: ogni 10 milioni di atomi di silicio, al massimo uno solo può essere di un'altra sostanza. Vi sono poi varie tecniche per drogare, come si dice in gergo, il silicio puro e in seguito costruire i wafer. In certi casi ogni strato del wafer ha uno spessore di appena pochi atomi.

Per ottenere questi risultati bisogna lavorare in ambienti completamente sterili e del tutto privi di ogni disturbo. Anche solo toccare con le mani nude un cristallo di silicio potrebbe rovinarlo del tutto. Per questo gli uomini devono indossare tute che assomigliano a quelle degli astronauti e comunque la maggior parte delle operazioni viene svolta automaticamente dai robot.

Oggi, la produzione globale di silicio ammonta a circa 1 milione di tonnellate l'anno ed è rivolta principalmente all'industria dell'alluminio e a quella di vetro, ceramiche e siliconi. Una piccola percentuale, come è stato già detto, è utilizzata per le industrie dei semiconduttori (incluso il fotovoltaico), in cui si richiede una purezza più elevata di quella fornita dal silicio di grado metallurgico.

Nella storia recente, prima che il silicio diventasse così importante per il settore fotovoltaico, esso veniva usato in fette di 4 pollici nella stampa e serigrafia.

Già nella metà degli anni 90 le premesse tecnologiche per la sua industrializzazione si profilavano nette e chiare. Ad agevolare questa tendenza, è stata molto importante l'introduzione della tecnologia del taglio a filo, basata su lame rotanti diamantate, che permette il taglio di fette più sottili e con una superficie meno danneggiata, uno dei pochi esempi di trasferimento tecnologico dal settore fotovoltaico a quello elettronico.

A questo punto mancava solo il mercato, che si sarebbe composto nel decennio successivo, grazie soprattutto agli incentivi tedeschi. E sarà proprio il mercato sovvenzionato a permettere la crescita del mercato fotovoltaico.

Da qualenergia - Si tratta di uno sviluppo impressionante che fuga ogni dubbio sulle capacita' del settore di formare massa critica sufficiente a determinare le dinamiche del mercato energetico dei prossimi anni.

Tuttavia, il mercato del silicio è assai eterogeneo. Ci sono voluti anni affinchè gli operatori riuscissero a condividere strategie, tecnologie e mercati finali legati ad esso. Da prodotto usato maggiormente nell'industria metallurgica, il silicio si è ritagliato una nicchia tecnologica

Nel 2005 la produzione mondiale di moduli fotovoltaici è stata di circa 1,5 GW, con un tasso di crescita del 25% almeno a partire dalla fine degli anni 90.

Rispetto alle poche migliaia di wafers di silicio realizzate vent'anni fa, grazie al miglioramento tecnologico di processo e di apparecchiature, già lo scorso anno sono state realizzate e processate circa 500 milioni di wafers di silicio. Ciò ha fatto si che i costi di produzione scendessero, pur se non di molto, visto la crisi di approvviggionamento della materia prima di silicio, il feedstock, che ha avuto un grosso impatto sulla evoluzione tecnologica e di mercato.

Attualmente la filiera produttiva può essere divisa in tre settori.

Il primo costituito dalle raffinazioni delle quarziti (sabbia) in forno ad arco, ad elevatissima temperatura (2000° C) per produrre silicio per l'industria metallurgica, con purezza di circa il 98%. Interessa un numero ristretto di operatori dell'industria pesante ed energivora, che richiede grandi impianti per poter far quadrare i conti (questioni di produttività e di costi).

Il silicio "metallurgico" costa poco più di 1,5 € al chilo e costituisce una materia d'indubbia attrattiva per il settore fotovoltaico, costantemente alla ricerca di riduzioni dei costi (il feedstock prima della crisi costava 15 - 30 €/Kg ). Tuttavia, solo ora la purificazione del silicio metallurgico sembra abbia raggiunto un livello promettente.

Il secondo settore è invece più critico. Riguarda la produzione del feedstock o silicio poly. Si tratta della produzione dei gas più puri a base di silicio, che vengono poi solidificati tramite uno specifico reattore.

E' quindi la disponibilità di questo materiale che sta creando tensioni sul mercato. Il silicio poly occorre sia all'industria elettronica che a quella fotovoltaica, il cui mercato d''approvviggionamento, fino ad una dozzina di anni fa, nasceva esclusivamente dagli scarti di lavorazione dell'industria elettronica, che a sua volta doveva pensare a colmare l'avida richiesta, da parte di un'agguerrita industria informatica, in piena crescita.

Ciò ha determinato che una quota crescente del prodotto puro è finita nell'industria del silicio per uso solare, che ora ne consuma la metà (15 mila tonnellate nel 2005).

Lo shortage, una situazione in cui la richiesta eccede la fornitura al prezzo corrente, è legato al ritardo dell'industria del silicio poly ad avviare la costruzione di nuovi impianti (diffidenza nel settore, timori d'installare impianti che diventano presto obsoleti...). Probabilmente questo ha causato una febbrile corsa all' "oro gigio", come da qualcuno è stato definito, dando così luogo ad un certo livello speculativo, con prezzi superiori al centinaio di dollari per chilo.

Al momento sembra esserci in atto una normalizzazione del sistema, che vede in campo, da un lato, grossi accordi di approvviggionamento tra i produttori nei vari segmenti e dall'altro di alcune integrazioni verticali tra aziende (bassi costi di integrazione e cooperazione tra aziende, che mira ad una forte specializzazione).

Il terzo settore legato al silicio riguarda la produzione dei wafers mediante il taglio di lingotti in monocristallini o multicristallini.

Tuttavia, nonostante questi notevoli miglioramenti tecnologici dal lato industriale, il costo elevato della materia prima e lo squilibrio del mercato hanno prodotto un aumento del prezzo dei sistemi fotovoltaici di circa il 10 per cento negli ultimi due anni, creando una situazione che potrebbe raffreddare l'entusiasmo del settore, rimesso però in moto, almeno da noi, dal nuovo decreto sul fotovoltaico.

Intanto si stanno affacciando nuove proposte tecnologiche, soprattutto film sottili di silicio e dei composti, ma anche sistemi a concentrazione e celle organiche.

Superata questa fase, come suggerisce l'interessante articolo curato da Francesca Ferrazza dell'ENI sulla rivista FV, e da cui ho attinto parte di queste informazioni, sarà possibile concentrarsi su ulteriori miglioramenti, come le fette fino a circa 100 micron di spessore con celle di efficienza superiore al 20% che permetteranno al silicio in fette di mantenere la sua posizione dominante ancora per diversi anni. Mentre è probabile che i film sottili finalmente guadagnino una quota consistente del mercato.

Pur tuttavia, per raggiungere il target di piena competitività al 2030, occorre guardare avanti e cercare nuove tecnologie che possano permettere una ulteriore riduzione dei costi, o di utilizzare più efficacemente lo spettro solare. Per questo è importante continuare a investire sia a breve che a lungo termine nella ricerca e sviluppo, e cercare soluzioni anche in settori trasversali quali quelli dei materiali organici, dei LED, delle nanotecnologie.

Fonte principale: il professor €chos. blogosfere.it

Fonti: FV, qualenergia, osservatoriotecnologico, rai.it, webtiscali, www.diiga.univpm.it/ finanzaonline