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La radiazione solare può essere sfruttata non solo per produrre calore, ma anche elettricità in modo pulito e rinnovabile.
I pannelli fotovoltaici, più propriamente detti moduli fotovoltaici, consentono di trasformare l’energia del sole in energia elettrica. Il processo fotovoltaico di trasformazione dell’energia del sole in elettricità avviene nelle celle fotovoltaiche, sottili fette di silicio (materiale molto comune in natura, presente nella sabbia) sottoposte a complessi (e quindi costosi…) trattamenti chimici e fisici, che collegate in serie compongono il modulo fotovoltaico.
Un modulo fotovoltaico è un dispositivo in grado di convertire l’energia solare direttamente in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico ed è impiegato come generatore di corrente in un impianto fotovoltaico. Può essere meccanicamente preassemblato a formare un pannello fotovoltaico, pratica caduta in disuso con il progressivo aumento delle dimensioni dei moduli, che ne hanno quindi incorporato le finalità. Può essere esteticamente simile al pannello solare termico, ma ha scopo e funzionamento profondamente differenti.
Perché installare i pannelli solari fotovoltaici? Prima di tutto rispondiamo a questa semplice domanda in modo pratico e diretto:
installare sul proprio tetto 8 metri quadri di pannelli fotovoltaici consente di abbattere per almeno 25 anni la propria spesa per l’energia elettrica.
Il costo dell’installazione oscilla intorno ai 9-10.000 euro, in altre parole pari a una normale automobile utilitaria. Chiedendo diversi preventivi a più aziende installatrici il costo può anche essere anche inferiore rispetto a quanto indicato. Il rapporto prezzo/rendimento dei pannelli solari in trend discendente da anni.
Partendo dal lato da esporre al Sole, il modulo si presenta con una fibra di vetro, copertura resistente che lo protegge dagli urti (le peggiori grandinate non creano alcun problema ai pannelli fotovoltaici), seguita dalle celle fotovoltaiche (collegate tra di loro in modo da avere le prestazioni elettriche desiderate) che appoggiano su un elemento plastico posteriore che conferisce rigidità al modulo. Una cornice in alluminio anodizzato (resistente quindi alle corrosioni) chiude il tutto. Nella parte posteriore si ha infine una cassetta da cui fuoriescono i 2 cavi elettrici (+ e -) provenienti dalle celle.
Esistono agevolazioni regionali per ottenere finanziamenti agevolati e contributi pubblici per affrontare la spesa iniziale. Molte Regioni hanno già attivato un bando per richiedere contributi o finanziamenti a fondo perduto.
Il tema dei costi relativi all’installazione di un impianto fotovoltaico è oggi molto attuale, sia per la grande diffusione che i pannelli fotovoltaici stanno vivendo in paesi come l’Italia (terza nella classifica europea dopo la Germania e la Spagna per potenza installata), sia per il costo dell’energia elettrica tradizionale, sia per i consumi elettrici in aumento.
Il prezzo medio complessivo di un impianto fotovoltaico oscilla mediamente tra i 3.000 e i 5.000 euro a kWp (kilowatt di picco, cioè la potenza massima raggiungibile) e dipende sostanzialmente da due variabili:
la taglia dell’impianto;
la tecnologia utilizzata (silicio monocristallino, policristallino o amorfo, altre tecnologie comprese tra i “film sottili”).
Nell’ipotesi di usufruire del Conto Energia, per un impianto domestico di 3 kWp il tempo di ritorno dell’investimento varia dai 6 ai 12 anni, a seconda della posizione geografica (più si è a Sud e maggiore è l’irraggiamento solare e quindi la produttività dell’impianto), della taglia dell’impianto (più è grande e minore è il prezzo specifico al kWp), della posizione fiscale dell’autoproduttore (gli utenti domestici non pagano tasse, a differenza delle aziende).
Oltre ai problemi di efficienza un discorso a parte meritano i costi di realizzazione delle celle fotovoltaiche, dei relativi moduli e impianti. Per quanto riguarda le celle fotovoltaiche i costi sono gravati fino a circa il 33% dal materiale (ad es. silicio) comprendendo gli scarti di lavorazione e il costoso processo di purificazione. Vanno aggiunti poi i restanti costi per i processi di realizzazione della cella fotovoltaica. Ragionando in termini di moduli fotovoltaici, ai costi della cella solare si devono aggiungere i costi della realizzazione dei moduli interi ovvero dei materiali assemblanti, della messa in posa a terra tramite materiali, dell’elettronica di potenza necessaria (inverter), della manodopera e della manutenzione. Sommato il tutto si giunge ad un costo indicativo di circa 33 centesimi di euro per kilowattora prodotto, cosa che rende questa tecnologia ancora troppo poco competitiva all’interno del mercato mondiale dell’energia. Come incentivo alla realizzazione di impianti fotovoltaici è attivo in Italia il sistema Conto Energia.
Lo sfruttamento dell’energia solare per ottenere calore dal sole avviene attraverso i collettori solari o pannelli termici. Tra le varie tipologie disponibili in commercio, pannelli vetrati piani, pannelli sottovuoto e pannelli scoperti in materiale plastico, i primi sono attualmente tra i più diffusi grazie al buon rapporto costo/prestazioni.
I pannelli solari possono essere utilizzati per fornire acqua calda e riscaldamento o per generare energia elettrica.
Nel primo caso il serbatoio provvede a immagazzinare l’acqua domestica che viene messa a contatto con il fluido tramite una serpentina. La serpentina consente al fluido di trasferire all’acqua l’energia immagazzinata senza contaminare l’acqua. Questa acqua può essere utilizzata come acqua calda nelle abitazioni (80%integrazione) o può essere utilizzata per integrare il riscaldamento a pavimento degli ambienti (10% integrazione). I pannelli solari termici sono in grado di fornire acqua calda in buone quantità ma non possono sostituire completamente gli usuali metodi di riscaldamento per via dell’incostanza dell’energia solare.
Il secondo utilizzo prevede che lo scambiatore di calore sia riscaldato fino ad essere portato in ebollizione. Una volta che il liquido sia passato in fase gassosa lo si invia in una turbina termoelettrica che convertirà il movimento del gas in energia elettrica. Questo tipo di impianto è detto solare termodinamico e richiede ampi spazi per l’installazione dei pannelli solari e una presenza di sole costante. Esempi di queste centrali sono state installate nei deserti e una centrale di questo tipo è stata progettata ed è in attesa di avvio della realizzazione in Sicilia (vedi progetto Archimede). Questi esperimenti non hanno avuto molto successo per via degli alti costi di realizzazione e di mantenimento rapportati alla bassa potenza elettrica generata.
In Italia un impianto in base all’ubicazione e all’utilizzo, si ammortizza nel giro di 3-6 anni e poiché la durata media di questi impianti è di 15-20 anni ne consegue che è un buon investimento a medio termine, escludendo eventuali sgravi fiscali o altre forme di agevolazione che rendano l’ammortamento più rapido.