Energia solare: teoria e applicazioni

  8  
esafluoruro di zolfo) in una misura non inferiore al 5% rispetto alle emissioni 
registrate nel 1990, considerato come anno base, nel periodo 2008-2012. 
Premesso che l’atmosfera terrestre contiene 3 milioni di megatonnellate (Mt) di 
CO2, il Protocollo prevede che i paesi industrializzati riducano del 5% le proprie 
emissioni di questo gas. Il mondo immette 6.000 Mt di CO2, di cui 3.000 dai 
paesi industrializzati e 3.000 da quelli in via di sviluppo; per cui, con il 
protocollo di Kyoto, se ne dovrebbero immettere 5.850 anzichØ 6.000, su un 
totale di 3 milioni. Ad oggi, 174 Paesi e un’organizzazione di integrazione 
economica regionale (EEC) hanno ratificato il Protocollo o hanno avviato le 
procedure per la ratifica. Questi paesi contribuiscono per il 61,6% alle emissioni 
globali di gas serra. 
Dall altro canto l Unione Europea, da sempre molto attenta ai problemi 
energetici ed ambientali ha da poco deciso l introduzione della cosiddetta 
Direttiva 20-20-20 per ridurre il consumo energetico complessivo e l impatto 
ambientale totale. 
Tale ambiziosa politica si propone un triplice obiettivo per il prossimo 2020: 
ridurre le emissioni di gas serra del 20%, ridurre il consumo di energia 
primaria del 20% e di aumentare l uso delle fonti rinnovabili del 20%. 
¨ evidente l importanza delle fonti rinnovabili per chØ per l uomo sono 
praticamente inesauribili e perchØ il loro uso per la produzione di energia 
comporta solitamente un minor impatto ambientale rispetto all uso di 
combustibili fossili, soprattutto per quanto riguarda l inquinamento atmosferico. 
Vi sono tuttavia alcuni aspetti che ne limitano le possibilit  d impiego: 
• la natura molto dispersa di queste fonti di energia (densit  molto bassa per 
unit  di superficie) comporta dimensioni notevoli d ei sistemi di 
conversione, con impiego talora molto rilevante del territorio; 
  9  
• disponibilit  limitata nel tempo e discontinuit  de lla generazione 
(necessit  di ricorrere a sistemi di accumulo o di integrazione con altre 
fonti); 
• sviluppo tecnologico e commerciale in alcuni casi arretrato. 
La piø importante fonte rinnovabile Ł rappresentata dall energia solare, la cui 
entit  Ł circa 15.000 volte superiore al consumo energetico annuale di tutto il 
mondo. 
Dell energia solare che raggiunge la superficie della Terra, quasi met  viene 
rimessa nello spazio come radiazione infrarossa, una parte alimenta il ciclo 
idrologico, provoca gradienti termici dell atmosfera e quindi i venti, e una 
percentuale molto piccola Ł assorbita dalle piante per i processi di fotosintesi. 
L energia solare Ł dunque l origine di quasi tutte le altre fonti energetiche, 
rinnovabili e convenzionali, ad eccezione di quella geotermica, nucleare e 
gravitazionale. 
L energia solare Ł un energia facilmente trasformabile. ¨ possibile prevedere 
impianti solari in grado di sfruttare tale energia e coprire elevate percentuali del 
fabbisogno energetico per un abitazione o per altri  utilizzi.  
L impianto solare non provoca nessun apporto di inquinanti (CO2, polveri 
sottili, sgradevoli odori) nell atmosfera e quindi contribuisce a ridurre l effetto 
serra. 
I primi ad osservare le evoluzioni del sole furono gli astronomi cinesi, i quali nel 
200 a.C. notarono ad occhio nudo delle strane macchie presenti sulla superficie. 
Nel 1611, grazie all invenzione del telescopio, Galileo, Scheinere e Fabricius 
poterono osservare e studiare le macchie solari: cominci  in quegli anni uno 
studio sistematico del Sole. 
  10  
Nel XIX secolo, l invenzione dello spettroscopio e la nascita della spettroscopia 
permisero nel 1814 al fisico tedesco Joseph Von Fraunhofer di formulare le basi 
per i primi studi teorici dell atmosfera solare. 
Nel 1839, il fisico francese Alexander Becquerel present  all Accademia delle 
Scienze di Parigi una  Memoria sugli effetti elettr ici prodotti sotto l influenza 
dei raggi solari . Becquerel scopr  che in alcuni t ipi di materiali, che 
successivamente vennero chiamati semiconduttori, l intensit  della corrente 
elettrica aumentava quando ci esponeva l elemento in esame alla luce solare. Era 
l inizio del fotovoltaico. 
Dopo parecchi studi teorici e sperimentali durati oltre un secolo, presso i 
laboratori Bell vide la luce nel 1954 la prima cella solare commerciale: il costo 
proibitivo e una tecnologia ancora primordiale ne limitarono l utilizzo ad 
applicazioni spaziali; successivamente, migliorata la resistenza alle condizioni 
ambientali, a met  degli anni  70 si cominciarono a  studiare celle solari per 
applicazioni terrestri. 
In questi ultimi anni, gli sforzi maggiori sono dedicati a ridurre ulteriormente il 
costo derivante dalla lavorazione del materiale semiconduttore. Allo stato 
attuale, il materiale principalmente utilizzato per la realizzazione delle celle 
solari Ł il silicio cristallino, mentre sono in fase di studio materiali 
maggiormente promettenti sotto il profilo economico, quali ad esempio il 
solfuro di cadmio, l arseniuro di gallio e il silicio amorfo. 
Secondo i dati pubblicati da diversi osservatori del settore, il mercato mondiale 
del fotovoltaico, mantenendo un tasso di crescita solido e tendente al rialzo, ha 
raggiunto negli ultimi anni un giro d affari di oltre 15 miliardi di euro, con un 
istallato di 1744 MWp e una produzione totale per una potenza pari a 2536 
MWp. Sulla base di queste prime stime, la produzione mondiale sarebbe 
raddoppiata nel giro di pochi anni e questo nonostante la scarsa disponibilit  di 
silicio nel settore. 
  11  
Il dato interessante Ł il cambiamento della geografia del mercato fotovoltaico. 
Se si guarda in dettaglio l’evoluzione della produzione di celle ci si accorge che, 
negli ultimi anni, la Cina, con una percentuale di crescita del 53%, Ł diventata 
leader mondiale sorpassando il Giappone e la Germania. Ottimi risultati sono 
stati registrati inoltre in Spagna e Stati Uniti cresciuti rispettivamente del 200% 
e del 33% nell installato annuale. Si prevede inoltre, che tra qualche anno ci 
saranno aziende che supereranno la capacit  produtt iva di 1000 MWp/anno e 
quando ci  accadr  sar  il segnale che annuncer  un a strada spianata per il 
fotovoltaico. 
Si tratta di uno sviluppo impressionante che fuga ogni dubbio sulle capacit  del 
settore di formare massa critica sufficiente a determinare le dinamiche del 
mercato energetico dei prossimi anni. A livello europeo, le piø recenti stime 
descrivono il mercato fotovoltaico ancora in netta crescita. La potenza 
fotovoltaica pro capite cresce da 4,7 Wp a 7,4 Wp. La media per  nasconde una 
grande variet  di valori: mentre in Germania questo  Ł di 37 Wp/abitante, in Italia 
Ł solo 1 Wp/abitante. 
Per cui l aspetto che va valutato Ł che, oltre alla Germania, non sono ancora 
decollati mercati importanti come quello italiano, francese e britannico.  
  12  
1. Stato dell arte nel fotovoltaico 
1.1 Evoluzione del mercato a livello nazionale 
In Italia sono in fase di realizzazione, o sono gi  entrati in funzione, 145 MWp 
di impianti fotovoltaici, cioŁ tre volte la potenza complessiva installata nel corso 
degli ultimi 20 anni. Si Ł cioŁ avviato un boom di realizzazioni che nei prossimi 
anni potrebbe raggiungere numeri significativi. L Italia, gi  venti anni fa, si 
poneva tra i protagonisti in Europa nello sviluppo della tecnologia fotovoltaica. 
Al fine di incoraggiare ed accelerare la diffusione del fotovoltaico (e delle altre 
fonti di energia rinnovabile) venne introdotta nel  91 la legge 9, per consentire 
agli investitori privati di produrre energia da fonti rinnovabili e di immetterla 
nella rete elettrica nazionale ad un prezzo fisso imposto dal Comitato 
interministeriale prezzi (CIP). Il Piano Energetico Nazionale (PEN) del 1988, 
nell’intento di diversificare le fonti di produzione, aveva attribuito al 
fotovoltaico un ruolo rilevante nell’ambito delle fonti rinnovabili, definendo 
diverse azioni per il suo sviluppo e fissando l’ambizioso obiettivo di 25 MWp di 
potenza installata entro il 1995. Nonostante tale obiettivo non sia stato 
raggiunto, sono comunque stati installati sul nostro territorio ben 14 MW, che 
hanno posto l’Italia al primo posto tra i paesi europei.  
Dopo questa fase di grandi investimenti negli anni  80 e nei primi anni ’90, in 
cui si sono realizzate diverse centrali fotovoltaiche, il mercato italiano ha 
vissuto, in palese controtendenza con il resto del mondo, una forte contrazione. 
Successivamente per , con la legge del 13 maggio 19 99 n. 133 e la successiva 
Direttiva n. 224/00 del 6 dicembre 2000 dell Autorit  per l Energia Elettrica e il 
Gas pubblicata sulla G.U. n. 19 del 24 gennaio 2001 si obbliga il gestore della 
rete ad accettare il servizio di scambio sul posto per l energia elettrica prodotta 
da impianti fotovoltaici di potenza nominale non superiore a 20 kWp e definisce 
le condizioni tecnico-economiche del servizio. Questi due provvedimenti 
  13  
permettono finalmente di installare in Italia impianti fotovoltaici in grado di 
scambiare l energia in eccesso con la rete. Queste direttive hanno inoltre 
favorito l emanazione di una serie di decreti legislativi che forniscono i criteri 
per la concessione di contributi per l istallazione di impianti FV collegati alla 
rete realizzati da privati ed enti pubblici. Scopo principale di queste iniziative 
promosse in campo nazionale Ł stato quello di incentivare l uso della fonte 
solare fotovoltaica attraverso finanziamenti a fondo perduto per fornire agli 
operatori uno strumento d intervento rapido e diretto, allo scopo di sopperire ai 
tempi molto lunghi di recupero dei costi ed alla scarsa percezione dell effettivo 
beneficio ambientale. 
Il  Programma tetti Fotovoltaici , lanciato nel 200 1 dal Governo sull onda degli 
sviluppi del mercato fotovoltaico mondiale, prevedeva un finanziamento in 
conto capitale, fino al 75% sul totale dell investimento. Il risultato Ł stato 
incoraggiante, in quanto i fondi messi a disposizione sono stati utilizzati al 
100%, favorendo l istallazione di impianti fotovoltaici che Ł passata da 1 MWp 
del 2000 ai 5 MWp del 2005 per una capacit  comples siva di circa 40 MW. La 
crescita Ł stata inferiore alle aspettative, ma in ogni caso interessante perchØ ha 
permesso di far ripartire questa tecnologia. 
 
Situazione delle istallazioni di impianti fotovoltaici (MWp/anno) in Italia 
 
  14  
Il 28 luglio del 2005 viene definito un decreto attuativo, primo Conto Energia, 
che definisce i criteri per l’incentivazione dell’energia elettrica prodotta da 
impianti fotovoltaici. La delibera AEEG ( autorit  per l energia ed il gas) del 
14/09/2005, stabilisce poi le modalit  di presentaz ione delle richieste di 
incentivazione; individuato il GSE  quale "soggetto attuatore" che valuta le 
richieste di incentivazione ed eroga le tariffe incentivanti. 
Il primo periodo di funzionamento del Conto Energia Ł stato caratterizzato dalla 
presenza di una fase preliminare di ammissione alle tariffe, dall esistenza di 
limiti annuali sulla potenza incentivabile e da obblighi, a carico del titolare 
dell impianto ammesso all incentivazione (d ora in poi soggetto responsabile), 
derivanti da una serie di adempimenti successivi all ammissione. Tale periodo si 
Ł esteso dal 19 settembre 2005 al 30 giugno 2006. Le criticit  emerse durante 
questo periodo hanno di fatto bloccato il meccanismo, rendendo necessaria una 
revisione delle regole con la pubblicazione del nuovo Decreto del 19/02/07. La 
figura seguente evidenzia la numerosit  delle richi este d incentivazione 
presentate al GSE. 
 
Andamento delle richieste presentate nell ambito del primo conto energia in Italia 
 
  15  
Nel dicembre del 2006 un comunicato del GSE dichiara i risultati del primo 
conto energia dal settembre 2005: 
• l inizio dei lavori di costruzione: 4.330 impianti per un totale di oltre 62 
MW; 
• la fine dei lavori: poco meno di 1.400 impianti per circa 10 MW di 
potenza; 
• l entrata in esercizio: quasi 900 impianti per una potenza complessiva di 
oltre 6 MW. 
Il diagramma seguente riporta l andamento temporale cumulato della potenza 
relativa alle comunicazioni di entrata in esercizio degli impianti, mentre i 
diagrammi riportati successivamente evidenziano il numero e la potenza degli 
impianti suddivisi per classe di potenza. 
 
Andamento cumulato (kW) degli impianti entrati in esercizio al 31 agosto 2008 in Italia 
 
  16  
 
Numero e potenza degli impianti entrati in esercizio al 31 agosto 2008, in Italia, suddivisi per classi di 
potenza 
 
Agli impianti ammessi all incentivazione e realizzati nell ambito del primo 
Conto Energia sono riconosciute, per un periodo di venti anni, le tariffe 
incentivanti riportate nella seguente tabella. 
 
Tariffe incentivanti per tipologia di impianto valide per il primo Conto Energia, in Italia 
 
Successivamente al primo Conto Energia, DM 28/07/2005, Ł subentrato il nuovo 
Conto energia, DM 19/02/07.