Energia fotovoltaica: come si produce, come si immagazzina, quali sono i vantaggi

Pulita, semplice da produrre e virtualmente inesauribile. L’energia fotovoltaica è la miglior soluzione per trasformare direttamente l’energia irradiata dal Sole in elettricità pronta all’uso e fino al 2030 dovrà crescere del 25% ogni anno per rispettare gli obiettivi ambientali. Aziende come Sorgenia aiutano il cliente a progettare un impianto fotovoltaico su misura e ottimizzare la produzione con le batterie.

L’energia fotovoltaica è, insieme a quella eolica, la più diffusa e promettente fonte rinnovabile che abbiamo a disposizione per la Transizione energetica. È ecologica per definizione, visto che sfrutta l’energia illimitata prodotta dal Sole in modo semplice e oggi molto competitivo con le altre fonti di energia.

L’effetto fotovoltaico e le tipologie di pannelli

Alla base della conversione della luce del sole in energia elettrica c’è “l’effetto fotovoltaico”, fenomeno fisico noto dalla prima metà dell’Ottocento che sfrutta la capacità dei semiconduttori (di norma il silicio) di cedere elettroni, se colpiti dai raggi solari. Il meccanismo ha luogo nella cella fotovoltaica, che converte l’energia luminosa dei fotoni in un flusso di elettroni in movimento, ovvero corrente elettrica. Le celle fotovoltaiche in silicio, che costituiscono il 95% dei pannelli in commercio, possono essere monocristalline o policristalline. Le prime hanno efficienze più elevate (dal 15 al 22%) perché hanno una struttura cristallina pura e per questo sono anche più costose, mentre le altre hanno strutture disomogenee ed efficienze dell’ordine del 13-16%. Esistono poi altri tipi di tecnologie meno diffuse che sfruttano il silicio amorfo o materiali diversi, come il tellururo di cadmio, l’arseniuro di gallio o l’indio-rame-gallio. Gli impianti fotovoltaici possono essere progettati utility-scale (con potenze superiori a 1 MW), oppure domestici e quindi concepiti per l’autoproduzione, di taglia medio-piccola, spesso integrati nell’edificio con i pannelli fissati alle tegole del tetto.

Energia fotovoltaica, quali vantaggi

Il solare fotovoltaico è un settore in ascesa da diversi anni, con la produzione globale che è aumentata di 179 TWh in un solo anno, il 2021 (ultimo dato disponibile di Iea), superando in totale i 1000 TWh generati. In altre parole, l’energia fotovoltaica produce ogni anno una quantità di energia elettrica pari a circa due volte il fabbisogno di un grande Paese industrializzato come la Francia. Ciò grazie a benefici concreti, sia in termini economici che ambientali. L’energia fotovoltaica è considerata sostenibile perché impiega il Sole come fonte primaria e non libera gas climalteranti o inquinanti.

Quanto all’impronta carbonica – parametro che tiene in conto le emissioni lungo tutto il ciclo vita dei materiali utilizzati – l’energia fotovoltaica è in assoluto tra le più green, con 41 grammi di CO2 equivalente emessa per kWh di energia prodotto. Un semplice raffronto: secondo le stime di Ipcc, per generare un kWh di elettricità con il gas naturale si liberano in media 490 grammi di CO2, che con il carbone salgono addirittura a 820. Altro vantaggio, molto concreto per i consumatori, è la riduzione dei costi in bolletta: con gli impianti fotovoltaici domestici, infatti, l’obiettivo è quello di avvicinarsi il più possibile all’indipendenza dalla rete nazionale grazie all’autoconsumo. Un impianto ben progettato può coprire oltre il 30% dei consumi delle utenze della famiglia, arrivando fino all’80% se dotato di batterie di accumulo, riducendo al massimo la quantità di energia da acquistare da rete.

Non ultimo, montare i pannelli può significare per i proprietari di casa una valorizzazione del proprio immobile, con un passaggio a classi energetiche superiori e una maggiore efficienza energetica per la climatizzazione, se si opta per riscaldamento e raffrescamento in pompa di calore. Quanto alla manutenzione, non vi sono organi in movimento: è quindi raro che si renda necessaria la sostituzione di componenti, con costi conseguenti molto bassi. Inoltre nella maggior parte dei casi la semplice azione della pioggia permette ai pannelli di restare puliti e non necessitare interventi esterni. La garanzia per i più importanti produttori di pannelli si aggira oggi intorno ai 20-25 anni.

Componenti e funzionamento di un impianto fotovoltaico

I componenti principali di un impianto fotovoltaico rimangono pressoché gli stessi, a prescindere dalla capacità installata:

1. Pannelli (o moduli) fotovoltaici: insiemi di celle che catturano la radiazione solare e trasformano i fotoni in elettroni in movimento. Ne esistono di superfici da poco meno di 1 m², a oltre 2 m². Hanno potenze in media di 300-400 kW.
2. Inverter: convertono la corrente continua prodotta dai pannelli in corrente alternata a 230 Volt e 50 Hz, pronta per il consumo o per essere immessa nella rete elettrice, se prodotta in eccesso.
3. Batterie: presenti eventualmente per immagazzinare l’energia fotovoltaica in eccesso prodotta dai pannelli e riutilizzarla quando necessario.

Per ottimizzare l’efficienza di un sistema fotovoltaico va condotta una corretta progettazione: l’elettricità prodotta dipende dalla quantità di luce solare che investe i pannelli, dall’inclinazione rispetto al terreno e dal luogo di posizionamento. L’esposizione ottimale è a Sud, minimizzando gli ombreggiamenti, mentre l’inclinazione può variare a seconda della latitudine (es: Messina 28.5°, Bolzano 40.2°). Per orientarsi tra burocrazia, diverse soluzioni tecniche e incentivi fiscali, il cliente che vuole dotarsi di un impianto fotovoltaico può oggi fare affidamento su aziende che lo seguono passo passo nelle varie fasi, dalla fattibilità alla messa in esercizio, fino alla manutenzione in esercizio. Sorgenia, con oltre 35 MW di capacità solare installata, è uno dei player più esperti sul mercato e offre soluzioni mirate sia per clienti residenziali che industriali.

L’energia fotovoltaica in Italia

In Italia, alla fine del 2022 erano presenti oltre 1,2 milioni di impianti fotovoltaici (+21% rispetto all’anno precedente), per una potenza complessiva installata di oltre 25 GW e una produzione annua pari a 28,2 TWh, ovvero circa il 9% dei consumi totali (316.8 TWh). Stando ai dati del Gse,  la maggior parte degli impianti (50% della potenza installata) si concentra nel settore industriale, seguono residenziale (20%), terziario (19%) e agricolo (11%). L’area coperta oggi dai pannelli nel nostro Paese è quasi 16 mila ettari, poco più della superficie del Lago di Como. Un dato particolarmente interessante, visto che molti detrattori della tecnologia sostengono che ci vorrebbe troppo terreno per poter produrre quantità di energia significative.