Fotovoltaico a concentrazione: è una buona idea?

Di Ugo Bardi

cellePVbelfast

L’autore con un pannello fotovoltaico a concentrazione sviluppato all’università di Belfast.

Qualcuno dovrebbe fare un elenco, prima o poi, delle tante bestialità che si sentono dire sull’energia fotovoltaica. La più classica è quella che “ci vuole più energia per costrire i pannelli di quanta ne rendano poi nel corso della loro vita operativa”. Ma non è male come bestialità anche quella che “si degradano e non producono più niente in pochi anni”.

Una più sottile ha a che fare con la resa tipica dei pannelli basati sul silicio che è del 15%-20% Apparentemente, c’è chi compara con le rese dei motori termici e il 20% gli sembra poco in confronto. Ho sentito proprio qualche settimana fa questo fatto raccontato da un assessore come un difetto irreparabile dei pannelli fotovoltaici. Ma c’è una piccola differenza: in un motore termico, la resa è data in termini di carburante consumato, e il carburante costa soldi. In un impianto fotovoltaico la resa è data in termini di luce solare convertita e la luce solare non costa niente.

Così, la resa economica e energetica di un impianto fotovoltaico non è determinata dalla resa di conversione delle celle. Normalmente è molto più importante la resa energetica; ovvero quanta energia i pannelli producono in confronto all’energia spesa per produrli. Questa resa energetica si trasforma poi in resa economica. Ovviamente, rese troppo basse richiedono grandi aree per installare i pannelli e, a quel punto, è la struttura di sostegno che diventa costosa. Quindi non ha senso usare pannelli con rese sotto il 7%-8%. Tuttavia, oggi la resa economica migliore non corrisponde per niente alla massima resa di conversione: la troviamo probabilmente nei pannelli al tellururo di cadmio (CdTe) che hanno rese sotto il 10%.

Questa confusione fra resa di conversione e resa energetica è a volte all’origine per l’entusiasmo che hanno alcuni per i pannelli fotovoltaici a concentrazione. In effetti, concentrando la luce solare con degli specchi o delle lenti, si può ottenere molta più energia da una singola cella e quindi se ne possono usare di meno. In più, in linea di principio, si potrebbero usare celle ad alta resa, come quelle all’arseniuro di gallio, che sono troppo costose per un uso convenzionale.

In principio, parrebbe una buona idea ma, evidentemente, ci sono dei problemi. Mi ricordo di un colloquio che ho avuto svariati anni fa con un collega israeliano che aveva messo a punto un sistema fotovoltaico a concentrazione delle dimensioni, più o meno, di un antenna parabolica da televisione. Mi aveva fatto vedere le foto del prototipo e sosteneva che questa sua invenzione avrebbe avuto una diffusione molto rapida. Mi aveva anche mostrato dei fotomontaggi dei tetti di Tel Aviv pieni di quegli aggeggi. Sono passati almeno 5 anni da allora e credo che gli aggeggi di quella forma sui tetti di Tel Aviv siano ancora soltanto antenne paraboliche.

Nella pratica il fotovoltaico a concentrazione ha una gran quantità di problemi che lo rendono costoso e poco interessante. Si comincia con il principale, che  è la manutenzione del sistema di tracciamento che è delicato e soggetto a rompersi. Poi c’è la pulizia degli specchi o delle lenti è importantissima, e questo significa la necessita di ultreriore manutenzione. Inoltre, specchi e lenti lasciati all’aperto tendono a opacizzarsi; a seconda delle condizioni locali  bisognerà sostituirli periodicamente.  Notate anche che il sistema a concentrazione funziona male quando c’è foschia, cosa comune nei nostri climi. Per finire, la concentrazione riscalda le celle e – nel caso di quelle al silicio – ne riduce l’efficienza. Tutti questi problemi fanno levitare i costi ben oltre i vantaggi dati dalla riduzione del numero di celle. L’unico vantaggio evidente che riesco a vedere di un sistema del genere è che è difficile da rubare perché chi lo ruba si deve portar via non solo i pannelli ma anche tutto il sistema di movimentazione e tracciamento. Alla fine dei conti, non sorprende che per ora non esistono sistemi commerciali a concentrazione che abbiano una diffusione commerciale.

Tuttavia, il fascino dei sistemi a concentrazione continua a generare nuovi tentativi. Sul  Sole 24 ore” del 5 Giugno 2009 abbiamo letto del lancio in pompa magna del prodotto di una nota azienda italiana definito come “fotovoltaico a concentrazione domestico”.  Sviluppato dal “premio nobel per la fisica Zhores Alferov”, l’arnese è detto “superare la soglia del 38% di efficienza, con l’obiettivo di raggiungere il 55% nell’immediato futuro”. Nell’articolo leggiamo un bel po’ di fluffa, per esempio, “Genio da Nobel e ingegneria italiana”. Ma alla fine dei conti, quanto rende l’arnese? Beh, di prezzi non ne parlano ma ci dicono che: «con gli attuali incentivi del conto energia un impianto può essere largamente ripagato in meno di dieci anni con almeno venti anni di vita operativa». Non proprio entusiasmante, (anche ammesso che sia vero), dato che un ritorno economico comparabile si può ottenere, oggi, un pannello fotovoltaico tradizionale. Sembrerebbe che qualcuno si sia fatto prendere la mano dai valori delle rese di conversione. Alti a sufficienza per far contento l’assessore di cui parlavo prima, ma, probabilmente, soltanto lui. Beh, comunque magari funziona bene: io sono scettico ma gli faccio tanti auguri.

Ma non tutto è negativo nel fotovoltaico a concentrazione. C’è una linea di sviluppo del fotovoltaico a concentrazione che promette bene: è quella di sistemi che non hanno bisogno di tracciare il sole ma usano un sistema riflettente che, comunque, aumenta la quantità di luce che arriva sulla cella. Uno che mi è capitato fra le mani recentemente è stato sviluppato al centro per le tecnologie sostenibili dell’università dell’Ulster, vicino a Belfast. E’ un sistema molto intelligente che, oltre a concentrare la luce, crea una certa ventilazione e raffredda le celle al silicio, riducendo uno dei problemi tipici dei concentratori.

Secondo i dati pubblicati, il sistema aumenta l’efficienza delle celle di circa il 60%. Questa è indubbiamente una cosa buona, ma va pesata tenendo conto del fatto che le celle vanno spaziate di più, il che vanifica sostanzialmente il guadagno se si considera la resa per unità di area di pannello. Questo, come si diceva prima, può non essere un gran problema se uno ha molto posto dove mettere i pannelli. Alla fine, si tratta di pesare il guadagno in termini di celle risparmiate con la perdita in termini della struttura che deve sostenerlo. Al momento, credo che sia abbastanza difficile stabilire con sicurezza se ne vale la pena, ma comunque è certamente qualcosa da esaminare.

Se volete saperne di più, date un occhiata a questo articolo:

Non-concentrating and asymmetric compound parabolic concentrating building fac¸ade integrated photovoltaics: An experimental comparison, Tapas K. Mallick, Philip C. Eames, Brian Norton, Solar Energy 80 (2006) 834–849

In ogni caso, quando si parla di fotovoltaico, la cosa migliore e non dar retta agli assessori.

15 comments ↓

#1 mauriziodaniello on 09.18.09 at 23:36

Bè anche il primi motori ad scoppio, scoppiavano, ovvero esplodevano, ma dagli e dagli son riusciti.
Non dobbiamo partire con pregiudizi perchè è difficile, qualcuno riuscirà ad trovare un sistema valido.

Per adesso il sistema più valido che vedo è avere vicino al pannello fotovoltaico dei fogli (su balsa o plastica su montaggi elastici) d’alluminio che riflettendo possono dagli quel iniziale 10% in più. Se si rovinano o sporcano basta mettere un nuovo foglio incollato sopra tipo locandina film. Peccato che poi occupino spazio e che conti fatti forse, dico forse, non conviene.

Ciao

#2 francesco g on 09.20.09 at 18:12

Bardi di questo cosa nè dice???:http://www.laserfocusworld.com/articles/311586

non so mi pareva di avere letto che il foto. a concetrazione non è inserito nel CE, cioè si possono usare solo i certificati verdi……http://www.zeroemission.tv/Objects/Pagina.asp?ID=6576 non so quanto sia attendibile (10.000 euro per impianto di quanti kwp??? dalle emmissioni risparmiate pare 2,5-3 kwp… )

#3 Silvio on 09.21.09 at 08:55

una domanda: surriscaldandosi i pannelli perdono in efficienza, a questo proposito possono essere utili le pellicole che assorbono i raggi infrarossi, come quelle usate per i vetri delle automobili o delle barche, oppure ne limitano a loro volta la resa?

#4 Ugo Bardi on 09.21.09 at 13:10

Silvio, le celle al silicio sono già trattate in superficie per ottimizzare la trasmissione delle lunghezze d’onda più adatte. Per quanto ne so, nna pellicola organica non porterebbe ulteriori vantaggi ma – al contrario – si degraderebbe sotto insolazione e porterebbe a una riduzione dell’efficienza. Però, ci sono anche celle incapsulate in polimeri organici, quindi non è escluso che si possa fare migliorare sfruttando le proprietà ottiche del polimero. Non è cosa ovvia, però

#5 massimo boncaldo on 11.06.09 at 15:40

vorrei leggere l’articolo di Tapas K. etc. dove posso trovarlo. C’è una versione in Italiano

Grazie

#6 Alex C on 11.11.09 at 16:04

Articolo molto interessante, grazie Ugo.
Da aggiungere che all’aumentare della temperatura i moduli a film sottile decadono poco in prestazioni (relativamente ai x-Si), se consideriamo luce diffusa od angoli di incidenza non ottimali (caso di impianto reale fisso) alla fine le efficienze si equivalgono se non sono addirittura migliori nel film sottile (per cui a parità di superficie anche con potenza di picco installata inferiore nell’arco della giornata si produce la stessa quantità di energia), attualmente col CdTe siamo a 11.4% di efficienza di picco (ma si guarda avanti ;-)). Se solo qualcuno si decidesse a risolvere i problemi di dispacciamento in media e bassa tensione…

#7 francesco on 12.20.09 at 18:09

secondo me’ il fotovoltaico a concentrazione e’ una tecnologia valida come lo sono molte altre! se siamo obbiettivi poi parecchi metri di fotovoltaico sui tetti se riescono a fare funzionare un abitazione e’ gia molto! l’unico vero ritorno e’ per le aziende che installano altro che si ripagano da se’! idem per i pannelli che scaldano l’acqua.

#8 Schipa Maurizio on 02.11.10 at 09:57

Articolo molto interessante. Chissa perchè in Italia per vedere donnine nude in tv c’è l’imbarazzo della scelta, vedere programmi che possano dare spazio a persone come te o quantomeno ad argomenti in oggetto è un miraggio.
Ti chiedo un’informazione. Tempo fa ho avuto modo di ascoltare una trasmissione (l’eccezione che conferma la regola) in cui un’azienda del Barese aveva messo a punto un sistema fotovoltaico ottenuto con l’introduzione di gas (non so con che caratteristiche) tra i vetri delle finestre. Ne sai qualcosa ? Puoi darmi dei riferimenti.
Grazie Maurizio

#9 Ugo Bardi on 02.11.10 at 11:11

Caro Maurizio, questa del fotovoltaico con gas fra i vetri, mi arriva del tutto nuova. Non ti so dire, l’unica cosa è che – normalmente – non bisogna dar retta a quello che si sente dire in TV. Questo vale per tutti i campi, non solo il fotovoltaico. Comunque, le celle sono sempre in perfezionamento. Rileggendo il mio articolo dell’anno scorso, vedo che avevo scritto che le celle al CdTe avevano un’efficienza sotto il 10%. Beh, ora siamo all’11.5% per celle commerciali e c’è una nuova generazione in arrivo che sarà ancora più efficiente.

#10 luigi on 02.17.10 at 14:01

salve dott.Bardi,
ho letto con interesse il suo articolo.
sono venuto a conoscenza della tecnologia di fv a concentrazione sviluppata da ARIMAECO (Taiwan): la conosce? che ne pensa? http://www.arimaeco.com

#11 Anonimo on 02.17.10 at 20:49

Arimaeco non lo conoscevo. Sono andato a vedere il sito, sembra una cosa interessante. In questo momento il solare a concentrazione va molto di moda; vediamo se darà frutti.

#12 mauro72 on 02.22.10 at 18:11

Buongiorno. Considerato ch mi pare di capire che per i pannelli a concentrazione ci sia da aspettare un bel po’, se dovesse consigliare un impianto da 3kw, con quali caratteristiche ed eventuale spesa e’ possibile ottenere un buon compromesso (durata e resa)?

#13 Ugo Bardi on 02.22.10 at 18:54

Caro Mauro, non ti so dire qui qual’è il miglior impianto. Devi fare un po’ di shopping con gli installatori della tua zona e vedere che costi ti prospettano e cosa ti consigliano. Poi puoi decidere.

#14 Claudiomere on 03.05.10 at 17:02

Che per costruire pannelli fotovoltaici serve molta energia purtroppo è vero, non è una bestialità. Tanto per dare un’idea, per costruire un mq. di pannello serve più di un megawattora. Certo, lo stesso pannello ne produrrà di più nel corso degli anni ma il punto è che l’energia per produrlo la consumiamo subito, proprio oggi che non dovremmo caricare l’ambiente più di tanto.
Il solare fotovoltaico a concentrazione (magari con lenti fresnel o celle a tripla giunzione che sfruttano tre bande luminose e non solo gli infrarossi come le celle standard al silicio), la tecnologia “sliver” ed altre cose simili vanno in questa direzione: ridurre l’impatto ambientale dovuto alla produzione dei pannelli. Meno superficie attiva equivale a meno consumo energetico per la produzione.
Quindi attenzione a non sottovalutare idee buone e lungimiranti ma pubblicizzate in modo improprio da imbonitori senza preparazione tecnica.

#15 mauro72 on 03.17.10 at 16:55

La domanda sembrera’ piuttosto banale ma, in giro, non trovo risposte certe … Se si decidesse di installare un impianto fotovoltaico, e’ possibile rinunciare agli incentivi ventennali del Gse e usufruire unicamente della detrazione del 41% (o 55% come accade per il solare termico)? Potrebbe risultare conveniente nel caso in cui si decida di installare un impianto che produca l’energia annua necessaria ai propri consumi e poco piu’ (magari 2,5 kw invece di 3 kw), con notevole risparmio sulle pratiche burocratiche e non solo; se non ho mal interpretato alcuni articoli, e’ possibile utilizzare pannelli (di uguale qualita’ e resa proporzionale) fabbricati con materiali diversi e meno costosi (film sottili?) e ammortizzare il tutto in meno anni; alla fine sarebbe un investimento inferiore e il rendimento (tralasciando la salvaguardia dell’ambiente) sarebbe costituito dal mancato pagamento delle bollette. Il ragionamento e’ frutto di considerazioni banali di chi sta analizzando il problema da poco!