pubblicato il 03 agosto 2011
L'energia fotovoltaica, è matura per l'applicazione in agricoltura?
Una tecnologia innovativa basata sulle celle solari, in continua evoluzione
Di fatto, negli ultimi anni, i generatori fotovoltaici sono diventati un oggetto abbastanza familiare, in quanto li si incontra, in forma miniaturizzata, nella alimentazione di piccole calcolatrici o altri apparati portatili, in forma un po' più consistente nella alimentazione di lampade da giardino, insegne luminose, segnalazioni o azionamenti stradali, ecc..
Diventa sempre meno difficile incontrare installazioni fotovoltaiche di grande dimensione, anche se di numero ancora limitato, per la fornitura di energia elettrica per aziende agricole e impianti serricoli.
La tecnologia
Le applicazioni fotovoltaiche sono sempre state elencate in molti articoli divulgativi, fin dalla fine degli anni settanta. In essi venivano illustrati i meccanismi fisici per cui, in una cella solare, la radiazione elettromagnetica dà luogo ad una corrente elettrica in uscita, ad un potenziale di circa 0,6 volt. Vengono inoltre descritti i passi tecnologici con i quali un certo numero di celle (normalmente 36), ciascuna di circa un decimetro quadrato, vengono assemblate, fissate e interconnesse, una accanto all'altra, a costituire un "modulo FV", che è il componente elementare di un sistema fotovoltaico. Ciascun modulo, in buone condizioni di solarizzazione eroga, in continua, una potenza di 60-150 watt, ad una tensione di uscita di una decina di volt. I moduli talora sono usati singolarmente, ma più spesso sono uniti in blocchi, a costituire il "campo fotovoltaico". Esso rappresenta la sorgente di energia dell'impianto, che comprende anche gli apparati di condizionamento dell'energia e di utilizzazione.
Nel corso degli anni la ricerca ha portato a molte varianti intorno ai concetti base sopra descritti. Gli sforzi tecnologici si sono concentrati soprattutto sopra l'incremento nell'efficienza di conversione dell'energia solare in energia elettrica, ma ai fini dell'utilizzo è importante la catena dei passaggi. Bisogna quindi appurare, se si sta parlando di "efficienza di cella", di "efficienza di modulo", di "efficienza di sistema", precisando a quale stadio è stata misurata.
Gli sviluppi nel corso degli anni hanno portato ad una crescita di queste efficienze, ed in parallelo ad una decrescita nei costi. Il costo è infatti un parametro fondamentale perché la tecnologia abbia diffusione. I passi della ricerca hanno innanzitutto preso in considerazione le varie strade che si presentano per la raccolta dell'energia solare: sono infatti in competizione, ciascuno con molte varianti e rispettivi vantaggi e svantaggi, il "fotovoltaico a concentrazione" (sul quale sta puntando l'Enea) e il "fotovoltaico piano". Nel seguito di questo articolo ci riferiremo essenzialmente al fotovoltaico piano fisso, che non prevedendo parti meccaniche in movimento si adatta più facilmente agli usi agricoli, dispersi e di grande o piccola taglia.
Gli sforzi tecnologici menzionati sopra hanno poi riguardato i materiali con cui sono fatti gli elementi di conversione della radiazione. Si tratta sempre di materiali semiconduttori, ma si possono avere elementi semplici, come il silicio, composti binari, come l'arseniuro di gallio o il tellururo di cadmio, o composti più complessi come i vari seleniuro di rame, indio, alluminio.
Vi sono poi molte varianti nella struttura fisica della cella, cella monogiunzione, celle plurigiunzione.
Un mercato in ascesa
L'attività nel settore è stata e lo è ancora, legata prevalentemente ad incentivi pubblici, ma adesso il mercato si sta facendo più attento. Si stima che la potenza installata nei paesi valutati nel rapporto (19 paesi OCSE) sia cresciuta del 36% tra il 2005 e il 2006, raggiungendo 5,7 GW, con circa 1,5 GW di potenza installata nel solo 2006, ma va notato che almeno l'82% di questa capacità è stata realizzata solo in Germania e Giappone. Dati più completi possono essere trovati sul sito http://www.iea-pvps.org/
Allo stato attuale di gran lunga le soluzioni più diffuse sono basate sui moduli realizzati in silicio cristallino, ma parecchie altre, che potrebbero prendere il sopravvento in futuro, si stanno affacciando.
Restando nel campo del silicio, bisogna comunque confrontarsi con i tre tipi "silicio monocristallino", "silicio policristallino", "silicio amorfo". .
I tipi di moduli cui si è fatto riferimento sopra sono in competizione e non vi è al momento una chiara prevalenza né in termini di prestazioni né in termini di costi. Le scelte sono legate piuttosto ad aspetti secondari, quali il peso, la robustezza del modulo, la compattezza, e talora (ad esempio nell'importante caso delle facciate di edifici) la trasparenza o l'estetica. Sembra comunque che i moduli a film sottile comincino ad affermarsi anche in termini di costo.
Le aziende produttrici sono associate, fondamentalmente, a livello europeo nell'EPIA (European Photovoltaic Association), a livello italiano nella GIFI (Gruppo Imprese Fotovoltaiche Italiane).
I maggiori investimenti nel campo fotovoltaico sono stati effettuati negli anni '80 dall'Enea con l'impianto Delphos di 600 kWp in Puglia, e dall'Enel con i due impianti di Serre (3.3 MWp) in Campania e di Vasto (1 MWp) in Abruzzo. Le potenze menzionate sono le cosiddette "potenze di picco". La potenza generata da questi impianti è inserita nella rete elettrica nazionale. Il settore dell'edilizia è quello che si sta muovendo più velocemente in questo momento, con numerosi interventi sulle facciate e sui tetti degli edifici.
L'evoluzione tecnologica
I progressi a livello mondiale del fotovoltaico sono derivati da una ricerca tecnologica condotta in ambito accademico, presso istituzioni di ricerca, e presso un ristretto numero di grandi aziende del mondo energetico.
In Europa, la Commissione Europea è intervenuta con programmi di ricerca, con investimenti negli impianti dimostrativi, oltre che organizzando conferenze.
Una promessa per l'agricoltura
Questo ad esempio è successo, a parte le eccezioni che verranno menzionate in seguito, per quanto riguarda la specializzazione all'agricoltura.
Non si è detto niente, infatti, finora, dell'argomento a cui si riferisce il titolo dell'articolo. Le applicazioni in agricoltura, e in particolare l'uso per il pompaggio dell'acqua per irrigazione, sono sempre comparse negli elenchi di applicazioni che sono stati citati all'inizio. Di fatto è stato forse il settore del fotovoltaico che si è sviluppato meno organicamente. Di contro sembra che siano maturi i tempi per metterlo in auge come uno dei più appropriati.
Questa valutazione è motivata da varie ragioni:
a) Una delle ragioni fondamentali della scarsità di interventi è stata indubbiamente, a parte forse una mancata attenzione del mondo agricolo, il problema del costo dei pannelli fotovoltaici.
Questo costo è diminuito nel corso degli anni, anche se non tanto quanto era stato previsto. Sembrano sempre più vicini possibili salti di tecnologie che potrebbero portare a decrementi rapidi di costo. È di sicuro opportuno essere preparati per quando questi ribassi arriveranno.
b) Le più spontanee applicazioni che si possono ipotizzare in campo agricolo si riferiscono ad interventi di pompaggio acqua in zone aride ad alto livello di insolazione, quindi a zone nelle quali il fotovoltaico si trova nelle condizioni ideali di funzionamento. Nella gran parte dei casi non è necessario, diversamente da quasi tutte le altre applicazioni, un sistema di accumulo elettrico.
Infatti o l'accumulo non è necessario o può essere idraulico.
c) Le applicazioni piuttosto sporadiche avvenute in campo agricolo finora hanno tutte mostrato risultati decisamente positivi. Negli impianti fotovoltaici per altre applicazioni i limitati inconvenienti che emergono sono legati alle parti del sistema esterne al campo fotovoltaico, parti che qui sono molto ridotte. Nel caso di pompaggio dell'acqua sono praticamente limitate alla pompa, che sarebbe comunque presente.
d) L'alimentazione fotovoltaica permette di irrigare in luoghi dove non è presente la rete elettrica, e quindi da questo punto di vista permette il massimo di flessibilità. Accorgimenti produttivi permettono di superate il rischio dei furti.
e) Rispetto alla alimentazione a diesel vi sono, oltre all'ovvio vantaggio dell'assenza di consumo di carburante, i vantaggi della silenziosità e dell'assenza di inquinamento ambientale.
L'applicazione del fotovoltaico all'agricoltura è stata ovviamente presa in considerazione soprattutto dai ricercatori con mentalità applicativa più avanzata dei Paesi in cui il problema della siccità è più sentito (in particolare sponda sud del Mediterraneo), i quali hanno anche incominciato ad indire conferenze specifiche sull'argomento. Ma si è un po' fermi, tutto sommato, ad una enunciazione di desiderata, in quanto questi Paesi non sono sufficientemente attrezzati dal punto di vista tecnologico.
La soglia di competitività si sta avvicinando a grandi passi con la diminuzione dei costi in atto e la gara fra tecnologie sopra citata.
L'architettura di sistema, in un sistema di irrigazione fotovoltaico, è tutto sommato semplice: il campo fotovoltaico costituisce la parte più sicura. La sua durata di vita è assicurata: i moduli vengono garantiti a trent'anni, le interconnessioni possono solo avere i normali problemi di ossidazione, le parti elettroniche sono relativamente semplici e possono essere prodotte ad alta affidabilità.
Il punto più critico del sistema è costituito dalla meccanica della pompa, che si trova a lavorare con contaminazione di sabbia od altro; i problemi di affidabilità sono quindi comuni ad ogni altro tipo di alimentazione.
Interessanti prospettive per l'irrigazione a goccia, in particolare nel Sud Italia
Dall'analisi ex-post degli impianti finora realizzati risulta che i limiti più rilevanti incontrati sono quelli economici. Per una conclusione di massima si può dire che il pompaggio fotovoltaico può essere competitivo con i diesel per potenze inferiori ai 5 kW.
Sono queste spesso, le potenze necessarie per il pompaggio dell'acqua destinata all'irrigazione a goccia e/o alla microirrigazione.
Una sperimentazione a largo raggio dovrebbe puntare ad applicazioni di questa taglia. Un caso tipico potrebbe quindi essere quello dell'irrigazione a goccia e alla fertirrigazione di orti di aziende agricole e agrituristiche.
A titolo di conclusione si può prevedere un rilevante sviluppo in futuro per il pompaggio fotovoltaico.
Fonte: Renato Gislon/AGRIculture/www.fidaf.it
Diventa sempre meno difficile incontrare installazioni fotovoltaiche di grande dimensione, anche se di numero ancora limitato, per la fornitura di energia elettrica per aziende agricole e impianti serricoli.
La tecnologia
Le applicazioni fotovoltaiche sono sempre state elencate in molti articoli divulgativi, fin dalla fine degli anni settanta. In essi venivano illustrati i meccanismi fisici per cui, in una cella solare, la radiazione elettromagnetica dà luogo ad una corrente elettrica in uscita, ad un potenziale di circa 0,6 volt. Vengono inoltre descritti i passi tecnologici con i quali un certo numero di celle (normalmente 36), ciascuna di circa un decimetro quadrato, vengono assemblate, fissate e interconnesse, una accanto all'altra, a costituire un "modulo FV", che è il componente elementare di un sistema fotovoltaico. Ciascun modulo, in buone condizioni di solarizzazione eroga, in continua, una potenza di 60-150 watt, ad una tensione di uscita di una decina di volt. I moduli talora sono usati singolarmente, ma più spesso sono uniti in blocchi, a costituire il "campo fotovoltaico". Esso rappresenta la sorgente di energia dell'impianto, che comprende anche gli apparati di condizionamento dell'energia e di utilizzazione.
Nel corso degli anni la ricerca ha portato a molte varianti intorno ai concetti base sopra descritti. Gli sforzi tecnologici si sono concentrati soprattutto sopra l'incremento nell'efficienza di conversione dell'energia solare in energia elettrica, ma ai fini dell'utilizzo è importante la catena dei passaggi. Bisogna quindi appurare, se si sta parlando di "efficienza di cella", di "efficienza di modulo", di "efficienza di sistema", precisando a quale stadio è stata misurata.
Gli sviluppi nel corso degli anni hanno portato ad una crescita di queste efficienze, ed in parallelo ad una decrescita nei costi. Il costo è infatti un parametro fondamentale perché la tecnologia abbia diffusione. I passi della ricerca hanno innanzitutto preso in considerazione le varie strade che si presentano per la raccolta dell'energia solare: sono infatti in competizione, ciascuno con molte varianti e rispettivi vantaggi e svantaggi, il "fotovoltaico a concentrazione" (sul quale sta puntando l'Enea) e il "fotovoltaico piano". Nel seguito di questo articolo ci riferiremo essenzialmente al fotovoltaico piano fisso, che non prevedendo parti meccaniche in movimento si adatta più facilmente agli usi agricoli, dispersi e di grande o piccola taglia.
Gli sforzi tecnologici menzionati sopra hanno poi riguardato i materiali con cui sono fatti gli elementi di conversione della radiazione. Si tratta sempre di materiali semiconduttori, ma si possono avere elementi semplici, come il silicio, composti binari, come l'arseniuro di gallio o il tellururo di cadmio, o composti più complessi come i vari seleniuro di rame, indio, alluminio.
Vi sono poi molte varianti nella struttura fisica della cella, cella monogiunzione, celle plurigiunzione.
Un mercato in ascesa
L'attività nel settore è stata e lo è ancora, legata prevalentemente ad incentivi pubblici, ma adesso il mercato si sta facendo più attento. Si stima che la potenza installata nei paesi valutati nel rapporto (19 paesi OCSE) sia cresciuta del 36% tra il 2005 e il 2006, raggiungendo 5,7 GW, con circa 1,5 GW di potenza installata nel solo 2006, ma va notato che almeno l'82% di questa capacità è stata realizzata solo in Germania e Giappone. Dati più completi possono essere trovati sul sito http://www.iea-pvps.org/
Allo stato attuale di gran lunga le soluzioni più diffuse sono basate sui moduli realizzati in silicio cristallino, ma parecchie altre, che potrebbero prendere il sopravvento in futuro, si stanno affacciando.
Restando nel campo del silicio, bisogna comunque confrontarsi con i tre tipi "silicio monocristallino", "silicio policristallino", "silicio amorfo". .
I tipi di moduli cui si è fatto riferimento sopra sono in competizione e non vi è al momento una chiara prevalenza né in termini di prestazioni né in termini di costi. Le scelte sono legate piuttosto ad aspetti secondari, quali il peso, la robustezza del modulo, la compattezza, e talora (ad esempio nell'importante caso delle facciate di edifici) la trasparenza o l'estetica. Sembra comunque che i moduli a film sottile comincino ad affermarsi anche in termini di costo.
Le aziende produttrici sono associate, fondamentalmente, a livello europeo nell'EPIA (European Photovoltaic Association), a livello italiano nella GIFI (Gruppo Imprese Fotovoltaiche Italiane).
I maggiori investimenti nel campo fotovoltaico sono stati effettuati negli anni '80 dall'Enea con l'impianto Delphos di 600 kWp in Puglia, e dall'Enel con i due impianti di Serre (3.3 MWp) in Campania e di Vasto (1 MWp) in Abruzzo. Le potenze menzionate sono le cosiddette "potenze di picco". La potenza generata da questi impianti è inserita nella rete elettrica nazionale. Il settore dell'edilizia è quello che si sta muovendo più velocemente in questo momento, con numerosi interventi sulle facciate e sui tetti degli edifici.
L'evoluzione tecnologica
I progressi a livello mondiale del fotovoltaico sono derivati da una ricerca tecnologica condotta in ambito accademico, presso istituzioni di ricerca, e presso un ristretto numero di grandi aziende del mondo energetico.
In Europa, la Commissione Europea è intervenuta con programmi di ricerca, con investimenti negli impianti dimostrativi, oltre che organizzando conferenze.
Una promessa per l'agricoltura
Questo ad esempio è successo, a parte le eccezioni che verranno menzionate in seguito, per quanto riguarda la specializzazione all'agricoltura.
Non si è detto niente, infatti, finora, dell'argomento a cui si riferisce il titolo dell'articolo. Le applicazioni in agricoltura, e in particolare l'uso per il pompaggio dell'acqua per irrigazione, sono sempre comparse negli elenchi di applicazioni che sono stati citati all'inizio. Di fatto è stato forse il settore del fotovoltaico che si è sviluppato meno organicamente. Di contro sembra che siano maturi i tempi per metterlo in auge come uno dei più appropriati.
Questa valutazione è motivata da varie ragioni:
a) Una delle ragioni fondamentali della scarsità di interventi è stata indubbiamente, a parte forse una mancata attenzione del mondo agricolo, il problema del costo dei pannelli fotovoltaici.
Questo costo è diminuito nel corso degli anni, anche se non tanto quanto era stato previsto. Sembrano sempre più vicini possibili salti di tecnologie che potrebbero portare a decrementi rapidi di costo. È di sicuro opportuno essere preparati per quando questi ribassi arriveranno.
b) Le più spontanee applicazioni che si possono ipotizzare in campo agricolo si riferiscono ad interventi di pompaggio acqua in zone aride ad alto livello di insolazione, quindi a zone nelle quali il fotovoltaico si trova nelle condizioni ideali di funzionamento. Nella gran parte dei casi non è necessario, diversamente da quasi tutte le altre applicazioni, un sistema di accumulo elettrico.
Infatti o l'accumulo non è necessario o può essere idraulico.
c) Le applicazioni piuttosto sporadiche avvenute in campo agricolo finora hanno tutte mostrato risultati decisamente positivi. Negli impianti fotovoltaici per altre applicazioni i limitati inconvenienti che emergono sono legati alle parti del sistema esterne al campo fotovoltaico, parti che qui sono molto ridotte. Nel caso di pompaggio dell'acqua sono praticamente limitate alla pompa, che sarebbe comunque presente.
d) L'alimentazione fotovoltaica permette di irrigare in luoghi dove non è presente la rete elettrica, e quindi da questo punto di vista permette il massimo di flessibilità. Accorgimenti produttivi permettono di superate il rischio dei furti.
e) Rispetto alla alimentazione a diesel vi sono, oltre all'ovvio vantaggio dell'assenza di consumo di carburante, i vantaggi della silenziosità e dell'assenza di inquinamento ambientale.
L'applicazione del fotovoltaico all'agricoltura è stata ovviamente presa in considerazione soprattutto dai ricercatori con mentalità applicativa più avanzata dei Paesi in cui il problema della siccità è più sentito (in particolare sponda sud del Mediterraneo), i quali hanno anche incominciato ad indire conferenze specifiche sull'argomento. Ma si è un po' fermi, tutto sommato, ad una enunciazione di desiderata, in quanto questi Paesi non sono sufficientemente attrezzati dal punto di vista tecnologico.
La soglia di competitività si sta avvicinando a grandi passi con la diminuzione dei costi in atto e la gara fra tecnologie sopra citata.
L'architettura di sistema, in un sistema di irrigazione fotovoltaico, è tutto sommato semplice: il campo fotovoltaico costituisce la parte più sicura. La sua durata di vita è assicurata: i moduli vengono garantiti a trent'anni, le interconnessioni possono solo avere i normali problemi di ossidazione, le parti elettroniche sono relativamente semplici e possono essere prodotte ad alta affidabilità.
Il punto più critico del sistema è costituito dalla meccanica della pompa, che si trova a lavorare con contaminazione di sabbia od altro; i problemi di affidabilità sono quindi comuni ad ogni altro tipo di alimentazione.
Interessanti prospettive per l'irrigazione a goccia, in particolare nel Sud Italia
Dall'analisi ex-post degli impianti finora realizzati risulta che i limiti più rilevanti incontrati sono quelli economici. Per una conclusione di massima si può dire che il pompaggio fotovoltaico può essere competitivo con i diesel per potenze inferiori ai 5 kW.
Sono queste spesso, le potenze necessarie per il pompaggio dell'acqua destinata all'irrigazione a goccia e/o alla microirrigazione.
Una sperimentazione a largo raggio dovrebbe puntare ad applicazioni di questa taglia. Un caso tipico potrebbe quindi essere quello dell'irrigazione a goccia e alla fertirrigazione di orti di aziende agricole e agrituristiche.
A titolo di conclusione si può prevedere un rilevante sviluppo in futuro per il pompaggio fotovoltaico.
Fonte: Renato Gislon/AGRIculture/www.fidaf.it