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Analisi e prospettive di sviluppo del fotovoltaico in Sardegna

Viale Colombo 2/a Cagliari 16 Apr. 2008

Analisi e Prospettive di Sviluppo del Fotovoltaico in Sardegna

prof. ing. Alfonso DamianoDipartimento di Ingegneria Elettrica ed ElettronicaUniversità degli Studi di Cagliari



Studio realizzato dalla Nasa

media dell'estensione della banchisa

glaciale sull'Artico dal 1979 al 1989

media tra il 1990 e il 2000

differenza tra i due dati precedenti

proiezione per l'anno 2050



Contributo dei diversi componenti al “radiative forcing” (Fonte:Fourth Assessment Report Climate Change 2007

Elementi, naturali e di origine antropica, che influiscono sul valore del “radiative forcing,la scala di influenza e il “level of scientific understanding” LOSU.



La causa attualmente più accreditata è quella di un innalzamento dellatemperatura media terrestre prodotta da un aumento della quantità diCO2 presente nell’atmosfera.

Il sistema energetico è uno dei settori produttivi a cui è associata lamaggior produzione di gas clima alteranti.

Ricercare una via sostenibile che concili lo sviluppo economico, losviluppo energetico e la riduzione dei emissioni di CO2



Le azioni previste a livello comunitario per il raggiungimento di uncoordinato ed integrato sviluppo:

• Incentivazione alla produzione energetica da fonti energeticherinnovabili;

• politiche di risparmio energetico;• ottimizzazione di processi di produzione energetica tradizionali;• potenziamento dell’attività di ricerca nel settore energetico

Gli obiettivi comunitari che come è ben noto sono molto ambiziosi e vincolanti: riduzione del 20% delle emissioni di CO2 entro il 2020 rispetto ai livelli del 1990 un contributo pari al 20% della domanda di energia primaria dell’Europa fornito dalle rinnovabili entro il 2020.



Nasce l’esigenza di una forma di incentivazione economica per le Fonti energetiche rinnovabili

Direttiva 96/92/CE. Documento di riferimento della liberalizzazione del Mercato dell’energia elettrica

Recepita in Italia con il DLgs 79/99 “Decreto Bersani”L’articolo 11 del Decreto 79/99 é interamente dedicato alle “Energia elettrica da fonti rinnovabili”. Introduzione dei Certificarti Verdi



Direttiva 2001/77/CEDocumento di riferimento per la promozione e la regolamentazione dell’Energia elettrica prodotta da FER a livello Europeo

La Direttiva definisce solo degli “obiettivi indicativi nazionali” Italia l’obiettivo è fissato al 25% del consumo totale di elettricità.

La Direttiva 2001/77/CE viene recepita in Italia attraverso il Decreto Legislativo n.387 del 29 dicembre 2003.

Introduzione di forme di incentivazione in conto energia per gli impianti fotovoltaici sirimanda ai decreti attuativi (da presentare entro sei mesi)D.M. 28 luglio 2005 e D.M. 6 febbraio 2006 (Decreto att. Conto energia)



Perché investire sul Fotovoltaico ?

• Ambientali

• Tecnologici

• Energetici

• Socio-Economici



Energy Pay Back per impianti fotovoltaici (fonte DOE)

Energy Pay Back:Tempo di funzionamento dell’impianto necessario aprodurre la stessa quantità energia utilizzata per la suarealizzazione.Consumo energetico per produrre le celle monocristalline600 kWh/m2 420 kWh/m2 per il policristallino.



Fonte: Whisnant et al.

Effetto della tecnologia e dell’efficienza di cella sul costo



The experience curve of PV modules [1968-1998] (Maycock andWakefileld, 1975; Ayres, 1998; NREL 1999;Thomas, 1999; Watanabe, 1999)



0

1000

2000

3000

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1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007*

Evoluzione della potenza PV installata MWp

PV Mondiale EU

Fonte EPIA: European Photovoltaic Industry Association




EPIA PV market scenario until 2012



Emissioni inquinanti evitate

e impatto ambientale

Recupero ambientale

Costi evitati

Generazione diffusaSul territorio

Affidabilità e durata

Immagine

vantaggi



Problematiche associate alla realizzazione di impianti fotovoltaici

TecnicoMetodologie di progettazioneAllaccio rete di distribuzionePresenza di batterie (sistemi isolati)Sistemi di condizionamento della potenza elettricaCompatibilità elettromagneticaSicurezzaAffidabilità

EconomicoGli impianti fotovoltaici sono costosi !!(7-5 €/Wp)Hanno bisogno di superfici di captazione molto grandi

AutorizzativiConnessione rete di distribuzione (Enel distribuzione)ComuneRAS



Incentivi previsti dai DM 28/07/2005 e 6/02/2006



Impianti realizzati con il primo Conto Energia

comunicazioni totali pervenute al GSE al 30 settembre 2007 suddivise per taglia e tipo di comunicazione ( fonte Relazione delle attività PV del GSE ottobre 2006 – settembre 2007)



Comunicazioni di inizio lavori pervenute al GSE

Fonte: Relazione delle attività PV del GSE ottobre 2006 – settembre 2007)



al 30 settembre 2007 è stato realizzato (con riferimento alla fase di conclusione deilavori) circa il 34% degli impianti per una potenza installata pari a circa il 12% diquella ammessa agli incentivi


Impianti realizzati con il primo Conto Energia




Ripartizione % per classi di potenza della potenza fotovoltaica installata al 30 settembre 2007



Nuovo conto energia –DM 19 febbraio 2007

• Maggiore sensibilità del sistema creditizio• Maggiore dinamismo degli operatori• Maggiore sensibilizzazione e informazione dell’opinione pubblica



Analisi Comparativa dell’evoluzione della Potenza pro capite cumulata



Produzione di Polysilicon di grado solare

TaglioDoping

Cella PV

Assemblaggio celle e realizzazione del pannello

Catena di produzione del pannello fotovoltaico



Catena del valore della filiera fotovoltaica



Fonte EPIA: European PhotovoltaicIndustry Association

Analisi di Mercato della materia prima (polysilicon)



Valori attuali e attesi di produzione di Polysilicon nel mondo



Le tecnologie di produzione delle celle fotovoltaiche si dividono sostanzialmente in tre famiglie:

- Silicio cristallino: che comprende il monocristallo e il policristallo.

- Film sottile: l’amorfo tradizionale, i sistemi eterogiunzione

- Multigiunzione.

Tipologia di Celle usate



TECNOLOGIA (CIS e CIGS) film sottile: CIS sta avendo un grande successo grazie agli ultimi risultati ottenuti con la ricerca sul disselenuro di rame/indio.

I risultati ottenuti danno un 13-15% di rendimento su celle testate in laboratorio, mentre aggiungendo del Gallio (CIGS) questo valore, su celle di piccole dimensioni, può addirittura arrivare al 18%. Attualmente il valore su celle industriali si attesta intorno al 10 - 11%.Si pensa che in futuro la tecnologia CIS potrà dare risultati equiparabili a moduli di egual misura e potenza costruiti con celle in silicio cristallino, ma con costi di produzione molto minori.

TECNOLOGIA Tellurio di Cadmio

Il CdTe è un semiconduttore caratterizzato da una band gap diretto, pari a 1,45 eV, e il suo coefficiente di assorbimento è abbastanza alto da consentire ad uno strato di materiale spesso 1 µm di assorbire il 99% della luce visibile.Efficienza: 16,5% in laboratorio (cella solare), 9% (modulo commerciale)Obiettivo 2008-2013: efficienza modulo commerciale 12%



SILICIO AMORFO (a-Si:H) La tecnologia al silicio amorfo è oggetto di numerosi investimenti in ricerca e sviluppo.

E’ sicuramente la tecnologia meno costosa e più semplice da produrre, ma anche quella che garantisce i rendimenti più bassi: 6 – 8%.

TECNOLOGIA SILICIO AMORFO MJDerivata dalla tecnologia a silicio amorfo (a-Si:H tradizionale) permette un maggior rendimento di funzionamento, il quale in alcuni casi arriva al 12% (triple junction).

Un modulo PV di tale generazione, paragonata al silicio cristallino C-Si, anche se caratterizzato da una minor efficienza determinata in condizioni standard, a parità di potenza riesce a produrre su base annua un 10% in più di energia.



Multigiunzioni ad alta efficienzaNel 1999 un progetto congiunto tra Spectrolab e il National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha raggiunto un record importante nelle conversione fotovoltaica, realizzando una cella solare con efficienza di conversione pari al 32,3%.Questa cella a tripla giunzione è stata costruita utilizzando tre strati di materiali semiconduttori, fosfuro di indio/gallio su arseniuro di gallio su germanio (GaInP2/GaAs/Ge).

La Spectrolab e il National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha dichiarato di aver raggiunto la soglia di efficienza di cella del 40%.

Presentazione Laboratorio Fotovoltaico prof. Alfonso DamianoPOR SARDEGNA 2000 – 2006 Misura 3.13 Cluster Tecnologico Energie Rinnovabili – Polaris Pula 28 novembre 2007

Produzione SG-Si

Produzione Cella

Produzione Pannello

RealizzazioneImpianti FV

Laboratorio Fotovoltaico

Lab Fotovoltaico

Attori ChiaveGSE

Enea

Verifiche e controlliMonitoraggioCertificazione impianti

Analisi dei materialiRicerca e sviluppo Testing

CertificazionePannelli fotovoltaiciIEC 61215IEC 61646 ?

UniversitàCentri di ricerca


Articolo 11 (Verifiche e controlli)1.(omiss..) Il soggetto attuatore definisce e attua modalità per il controllo, anche mediante verifiche sugli impianti, di quanto dichiarato dai soggetti responsabili.

Articolo 14(Monitoraggio della diffusione, divulgazione dei risultati e attività diinformazione)Anche ai fini di quanto previsto all’articolo 15, il soggetto attuatore e l’ENEA organizzano, sucampione significativo di impianti i cui soggetti responsabili sono soggetti pubblici e in mododa rappresentare le diverse tecnologie e applicazioni, un sistema di rilevazione dei datitecnologici e di funzionamento

Articolo 15 (Monitoraggio tecnologico e promozione dello sviluppo delle tecnologie)L’ENEA, coordinandosi con il soggetto attuatore, effettua un monitoraggio tecnologico al fine di individuare le prestazioni delle tecnologie impiegate per la realizzazione degli impianti fotovoltaici realizzati nell’ambito dei decreti interministeriali 28 luglio 2005 e 6 febbraio 2006 e nell’ambito del presente decreto, segnalando le esigenze di innovazione tecnologica.


Produzione SG-Si

Produzione Cella

Produzione Pannello

RealizzazioneImpianti FV

Lab Fotovoltaico

Attori ChiaveGSE

Enea

Università

Centri di ricerca



Lab Fotovoltaico


Sezione Interfaccia rete

Sezione Informatica

Sezione Testing e monitoraggio

Outdoor

Sezione Testing e certificazione

Indoor



A – Progettazione ed attuazione di un’indagine ricognitiva

A1. Raccolta di tutte le tecnologie disponibili per i diversi settoriA2. Ricerca di tutte le informazioni sulle installazioni relative agli impianti fotovoltaici in Sardegna;A3. Valutazione delle diverse tecnologie adottate e analisi tecnica ed economica.

B – Trasferimento tecnologico alle imprese

B1. Organizzazione di seminari e workshop sulle tecnologie e sui processi della filiera fotovoltaicaB2. Redazione di opuscoli informativi relativi alle tecnologie e ai processi della filiera fotovoltaica

C – Assistenza e promozione delle attività di R&S

C1. Supporto scientifico alle imprese e altri enti per le attività di ricerca e sviluppo in corso di svolgimentoC2. Promozione della partecipazione di imprese e altri enti regionali a programmi nazionali e internazionali di ricerca e sviluppo (valutazione dell’idea progettuale, ricerca partner, organizzazione di convegni e seminari)

Attività programmate nell’ambito del progetto Cluster



Grazie per l’attenzione

Prof. ing. Alfonso DamianoUniversità degli Studi di CagliariDipartimento di Ingegneria Elettrica ed ElettronicaFacoltà di IngegneriaPiazza D’Armi

[email protected] 675 5863

mailto:[email protected]

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