Fotovoltaico a concentrazione

Fotovoltaico a concentrazione nuova fonte energetica

Articolo aggiornato il 09-10-2013


Fotovoltaico a concentrazione
Il fotovoltaico a concentrazione permette di produrre energia elettrica, senza inquinare l’ambiente, mediante la conversione diretta della radiazione solare. Alla base del suo funzionamento c’è l’utilizzo di ottiche riflettenti adatte a captare la luce e concentrarla su una cella solare; così facendo si interessa una superficie ridotta del semiconduttore con conseguente riduzione di celle fotovoltaiche installate e riduzione di spesa per la costruzione dell’impianto. Questa tecnologia utilizza celle fotovoltaiche ad alta efficienza e permette di superare il problema legato all’approvvigionamento del materiale semiconduttore di alta qualità, che è il motivo fondamentale dell'elevato costo dell'elettricità da fonte fotovoltaica. Per far rendere al massimo ogni cella solare, rispetto alla sua durata ed efficienza, la sua costruzione va fatta adoperando tecniche assolutamente garantite e usando materiali che siano in grado di avere una notevole conducibilità termica. Molti impianti fotovoltaici a concentrazione sono dotati di sistemi ad inseguimento solare, questi accessori permettono di seguire durante il giorno il corso del sole; così facendo si può utilizzare al meglio il tempo di esposizione alla radiazione incidente per la produzione di energia. All’art.2 comma q, nel DM 5 luglio 2012 viene definito un sistema solare fotovoltaico a concentrazione o impianto fotovoltaico a concentrazione come: un impianto di produzione di energia elettrica mediante conversione diretta della radiazione solare, tramite l'effetto fotovoltaico; esso è composto principalmente da un insieme di moduli in cui la luce solare è concentrata, tramite sistemi ottici, su celle fotovoltaiche, da uno o più gruppi di conversione della corrente continua in corrente alternata e da altri componenti elettrici minori; il “fattore di concentrazione di impianto fotovoltaico a concentrazione” è il valore minimo fra il fattore di concentrazione geometrico e quello energetico, definiti e calcolati sulla base delle procedure indicate nella GuidaCEI 82-25. La tecnologia CPV non deve essere confusa con quella del solare termodinamico, nella quale non è presente “l’effetto fotovoltaico” ma si concentra la radiazione solare sul riscaldamento di un fluido termovettore (sali fusi, gas, oli minerali) e accumulando questa energia la si può adoperare per produrre vapore e quindi energia elettrica in un impianto termoelettrico di tipo tradizionale. Gli impianti a concentrazione hanno un rendimento energetico in media superiore al 30%, cioè quasi doppio rispetto al 15÷18% del normale fotovoltaico, e un costo medio per kwh che in breve tempo potrà arrivare a 0,06 €, quindi molto competitivo. Il CPV non è conveniente in territori che hanno un’insolazione al di sotto dei 1800 W per m2, ma nel nostro da questo punto di vista non ci sono ostacoli o problemi. Con il CPV emergono alcune problematiche legate al movimento ed inseguimento solare che deve essere molto preciso e necessita di notevole assistenza durante la vita dell'impianto e al comportamento particolare delle celle fotovoltaiche colpite da radiazione concentrata. Si prevede in un prossimo futuro una più ampia diffusione degli impianti a concentrazione quando alcune problematiche non ancora risolte troveranno adeguata soluzione come: esigenza di ripetute operazioni di pulizia, manutenzione e sostituzione delle lenti;  forte riscaldamento delle celle, che comporta l’utilizzo di specifici sistemi di raffreddamento.

Fotovoltaico a concentrazione: Link di aziende
Segnaliamo alcune aziende ed enti pubblici che si interessano degli impianti fotovoltaici a concentrazione, e dai loro siti è possibile fare approfondimenti sulla materia. GSE promuove la sostenibilità ambientale attraverso l’incentivazione e lo sviluppo delle fonti di energia rinnovabile in Italia. Si interessa del fotovoltaico a concentrazione e degli incentivi che si possono avere con il quinto conto energia. L'Università degli Studi di Padova in collaborazione con INFN propone uno studio sul fotovoltaico a concentrazione in cui si possono trovare numerosi dati per la progettazione e la realizzazione di impianti di energia solare rinnovabile. questo tipo. Nextville è un portale che si occupa di energia rinnovabile ed efficienza energetica, in particolare per il fotovoltaico a concentrazione descrive i moduli a concentrazione in modo ampio ed esaustivo. Qualenergia è un sito web che si occupa di energia, ambiente ed efficienza energetica; in particolare per il fotovoltaico a concentrazione descrive questo tipo d'impianti e i punti di forza di questa tecnologia. Fotovoltaico Italiano è un sito che rivolge la sua attività verso l'energia rinnovabile da fonte solare; in particolare per il fotovoltaico a concentrazione si occupa della descrizione dei di tali impianti e propone una "Guida al fotovoltaico a concentrazione". Fotovoltaico è un sito web che si interessa dell'energia fotovoltaica, e per il fotovoltaico a concentrazione propone la descrizione, il funzionamento, i punti critici e gli incentivi per realizzare i relativi impianti.  

Fotovoltaico a concentrazione: Vantaggi
L’utilizzo del solare a concentrazione e in particolare del CPV avrà certamente in un prossimo futuro un ruolo basilare per la produzione energetica mondiale, permettendo di produrre quantità importanti di energia elettrica totalmente rinnovabile, zero emissione di gas serra e costi competitivi. Vediamo quali vantaggi possiamo avere:
1. riduzione dei costi legati al semiconduttore per la produzione della cella.
2. forte diminuzione dell’area di captazione dell’impianto fotovoltaico;
3. notevole riduzione dell’utilizzo di materie prime come il silicio
4. captazione della luce solare sempre ideale (in particolare con l’uso di inseguitori solari)
5. raggiungimento di alti livelli di efficienza poiché le celle sfruttano al meglio l’intensità luminosa

Fotovoltaico a concentrazione: Svantaggi/problematiche
Ci sono alcune criticità che ancora permangono nell'applicazione di questa tecnologia. Vediamo i principali svantaggi e le problematiche presenti nella produzione energetica da CPV:
1. gli impianti comprendono oltre a moduli ad alta efficienza anche sistemi di ingrandimento e inseguitori, che hanno ancora costi piuttosto alti rispetto ai sistemi convenzionali e non molto accessibili attualmente, ma con l’avvento di nuove tecnologie tale situazione può modificarsi nell’arco di pochi anni;
2. necessità di frequenti operazioni di pulizia e/o sostituzione delle lenti e soprattutto il forte riscaldamento delle celle, che implica l’adozione di particolari sistemi di raffreddamento;
3. componenti ottici che assorbono circa il 10% di energia;
4. al contrario dei moduli tradizionali il concentratore capta solo la luce diretta con 20% circa di perdita.

Fotovoltaico a concentrazione: Componenti principali
L’impianto a concentrazione solare è costituito da alcuni fondamentali componenti quali:
•  un insieme di moduli CPV 
•  uno o più sistemi ottici
•  il sistema di inseguimento solare su cui sono montati i moduli Cpv (non sempre presente)
•  uno o più gruppi di conversione della corrente continua in corrente alternata
•  altri componenti elettrici di minore importanza.