Qualche osservazione di massima sulle potenzialità delgi impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica

Placido Munafò

 

 

 

Di seguito fatta un'analisi di massima per verificare la "convenienza energetica" degli impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica.

La superficie dello Stato Italiano è di circa 311.000 Kmq pari a 311.000.000.000mq e la superfice edificata è stimata pari a circa il 7%, ovvero 21.700 Kmq pari a 21.700.000.000 mq. Facciamo l’ipotesi che sul 10% della superficie edificata si possono istallare pannelli fotovoltaici (tetti degli edifici esistenti), la superficie risultante è pari a 2.170.000.000mq.

La radiazione solare max al suolo in Italia è poco superiore a 1400 w/mq = 1,4 Kw. Molte fonti indicano come 1500 kwh/mq anno l’energia solare globale media in Italia (in particolare, l'irraggiamento medio annuale varia dai 3,6k kWh/m2/giorno della pianura padana ai 4,7 kWh/m2/giorno del centro Sud e ai 5,4 kWh/m2/giorno della Sicilia).

[Si valuta questo dato confrontando la radiazione solare globale per una superficie di pannelli fotovoltaici inclinati di 45° rispetto al piano orizzonta per Cagliari e Torino. Se si prende in considerazione la località di Cagliari (una località in cui arriva una quantità di energia solare che tra le più alte in Italia) per una superficie inclinata di 45° rispetto al piano orizzontale senza ostacoli e con un coeff. di riflessione max pari a 1 si ha 1800Kwh/mq anno, mentre per il coeff. minimo di riflessione pari a 0,1 si ha 1645 Kwh/anno (che diventano rispettivamente di 1825 Kwh e 1728 Kwh/anno per una inclinazione di 30°). Approssimativamente in difetto si può considerare una radiazione globale media di 1700 kwh/anno per Cagliari. Se si prende in considerazione Torino (località con un soleggiamento rappresentativo per il Nord Italia), con coeff. di riflessione 1 e 0,1 con una inclinazione di 45° si ha rispettivamente: 1688Kwh/anno e 1502 Kwh/mq anno (con una inclinazione di 30° sia rispettivamente: 1650 Kwh/anno e1565 Kwh/anno). Approssimativamente in difetto si può considerare una radiazione globale di 1550 Kwh/anno per Torino. Mediando i valori assunti in difetto per Cagliari e Torino si ha un irraggiamento globale di 1620 kwh /anno circa.]

Assumendo il valore medio di 1500 Kwh/mq anno si può fare una stima che può ritenersi cautelativamente attendibile. A questo valore si sottrae il 20% per tenere conto di perdite di efficienza dei pannelli fotovoltaici ad esempio per la non perfetta pulizia delle superfici del pannello, perdite di efficienza per invecchiamento dell’impianto, ecc., da cui il valore dell’energia solare globale presa  in considerazione è di circa 1200 Kwh/mq anno. Considerando un rendimento del 12% dell’impianto (valore sufficientemente cautelativo), l’energia ricavabile annualmente dagli impianti fotovoltaici è di: 1300Kwh/mq anno x 0,12 = 144 Kwh/mq anno di energia disponibile, arrotondato per difetto a 140 Kwh/mq anno.

Il consumo di energia elettrica in Italia è dell’ordine di 310/320 Twh ovvero 310/320.000.000.000kwh.

Considerando gli incentivi per l’efficientamento energetico si può ipotizzare che i consumi di energia elettrica si riducano a 280/250 Twh anno, pari a 280/250.000.000.000kwh anno.

Nell’ipotesi che si utilizza il 10% della sup. edificata in Italia (2.170.000.000 mq), assumendo il 12% come valore per l’efficienza degli impianti fotovoltaici, si ricava una produzione di energia elettrica di: 2.170.000.000mq x 140 kwh/mq anno = circa 300 Twh/anno, pari al fabbisogno di energia elettrica dell’Italia.

Considerando una vita utile dell’impianto di nuova generazione di 20 anni (varia tra 20 e 30 anni), laa produzione di energia elettrica complessiva risulta di 6.000 Twh.

A tale valore va sottratta l’energia utilizzata per la realizzazione, montaggio, manutenzione e dismissione impianti, nonché una quota parte di energia persa per decadimento delle prestazioni dell’impianto durante la sua vita utile. Considerando che il tempo di ritorno dell’energia spesa per la produzione dei soli pannelli fotovoltaici di nuova generazione varia da 1,5 a 4,4 anni, ipotizzando un tempo di ritorno medio di circa 3 anni (per la costruzione dei pannelli fotovoltaici con una superficie pari al 10% della superficie costruita), si ricava un consumo di energia  di 900 Twh per 3 anni. A questo consumo di energia va aggiunta quella utilizzata per produrre gli altri componenti dell’impianto (es. accumulatori), per il montaggio, la manutenzione e lo smaltimento. Ritenendo che il costo energetico maggiore si ha nella produzione dei pannelli fotovoltaici, si ipotizza un consumo di energia aggiuntivo del 60% all’energia spesa per la produzione dei pannelli fotovoltaici. L’energia complessiva utilizzata per la produzione, installazione, manutenzione e smaltimento degli impianti risulta quindi di circa 1.440 Twh pari a circa la produzione di energia in 5 anni degli impianti fotovoltaici. Ne deriva che per 15 anni (su 20 anni) gli impianti sono energeticamente in attivo di circa: 4.500Twh (pari al 75-80% del fabbisogno di energia elettrica nazionale in 20 anni).

L’ipotesi assunta di utilizzare il 10% della superfice coperta dalle edificazioni è stata fatta per dimostrare che NON è necessario utilizzare terreno coltivabile per l’istallazione di impianti fotovoltaici, così come è avvenuto in molte località con un rilevante impatto ambientale.

 

 

 

di Placido Munafò

La tecnologia, nella sostanza, migliora  la qualità della nostra vita. Aspetto, questo, strettamente legato alla sopravvivenza della specie umana  e alla possibilità/necessità di risolvere i problemi  connessi al mantenimento e all’evoluzione di una struttura sociale di conseguenza sempre più complessa.  Un’ineludibile pulsione dell’uomo a gestire e migliorare il controllo sull’ambiente e su proprio comfort.

Oggi il termine tecnica e tecnologia si confondono. In passato, la tecnologia era intesa come studio delle tecniche e delle relative tre fasi: preparazione della materia prima, trasformazione della materia prima e finitura.

La tecnica fa da interfaccia tra l’uomo e la natura sopperendo ai limiti di un corpo poco  competitivo rispetto a molti altri esseri viventi, spesso incapace di sopravvivere in taluni ambienti naturali. Il primo grado di organizzazione è quello dell’uomo nomade che caccia per mangiare, per vestirsi e riprodursi. Per cacciare non usa il proprio corpo, ma armi rudimentali che gli garantiscono la competitività sufficiente alla sopravvivenza e poco altro. Solo con la rivoluzione agricola (intorno al IX sec. a.C.) , diventa stanziale, disponendo di un tempo che gli permette di progredire, di inventare la scrittura, di esprimersi e trasmettere conoscenza non più esclusivamente oralmente.  In questa fase, durata sino alle soglie del XVIII secolo, la società agricola si organizza nella forma più compatibile (quella con entropia maggiore possibile)  con una struttura amministrativa di tipo monarchico e feudale. Con la seconda e ultima rivoluzione dell’uomo, quella industriale, le cose cambiano drasticamente, avviandosi un processo di democratizzazione all’accesso dei beni di consumo, oramai disponibili in grandi quantità e  a  prezzi accessibili. Tale sistema mette in crisi la vecchia struttura sociale, se così si può dire, riducendone l’entropia con l’aumentare della complessità. La gestione delle risorse del territorio passa dalle mani del regnante o di un ristretto numero di persone ad una forma diversa  dove al progredire della tecnica, mano a mano sostituisce al controllo politico (amministrazione rappresentativa), quello ecomico-finanziaria.  Da qui in poi l’evoluzione della tecnologia accelera molto più rapidamente rispetto al passato, complessificando il sistema produttivo. Il controllo  delle risorse (e quindi del sistema produttivo) e della società risultano sempre più interconnessi al punto che le scelte non possono prescindere dalla tecnologia. Il ruolo della tecnologia insomma limita la sfera dell’azione politica  e il potere decisionale degli amministratori, le cui scelte non possono confliggere con l’assetto tecnologico dato né con le sue possibili forme di evoluzione. I contatti dell’uomo con la natura sono ridotti al minimo. Mentre la tecnologia in un primo periodo si interfaccia con la natura sostituendosi all’uomo nelle lavorazioni manuali e nel garantirgli un ambiente confortevole (separato/distinto dall’ambiente naturale), con il suo progredire si sostituisse sempre di più  all’uomo anche nell’attività decisionale (sistemi di analisi e scambio di dati nell’accezione ampia del termine e l’intelligenza artificiale). In sintesi la nostra attuale struttura sociale è imperniata sul controllo delle informazioni (dati) per garantire la stabilità di un sistema sempre più complesso (entropia bassissima) che toglie necessariamente, al di la delle apparenze, la libertà individuale e di scelta.

In definitiva, potremo trovarci di fronte all’enigma proposto qualche decennio fa dallo storico della scienza britannico Rupert Hall: fino a quando un sistema chiuso (finito) può essere compatibile con l’evoluzione tecnologica praticamente senza limiti? Ovvero, come può un sistema finito contenere un sistema infinito?

 

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