.
livello elementare.
ARGOMENTO: SVILUPPO TECNOLOGICO
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: ENERGIA
parole chiave: Fotovoltaico, bacini idrici
La sfida maggiore del futuro sarà produrre energia pulita per mitigare gli effetti del cambiamento climatico. Purtroppo le soluzioni fino ad oggi trovate sono ancora poco efficienti a fronte di una domanda energetica che aumenta. Una soluzione promettente è il fotovoltaico sul quale sono stati effettuati notevoli investimenti. Il mercato è molto attivo e, solo nel 2021, sono stati prodotti e venduti oltre 190 GW di moduli, con il 79% del mercato appartenente ai primi dieci produttori globali che da soli hanno venduto complessivamente 150 GW. Secondo l’ultimo report di Solar Media-PV Tech al primo posto abbiamo la cinese LONGi Solar. La classifica dei dieci maggiori produttori è dominata dalle ditte cinesi (otto nomi su dieci) che occupano le prime sei posizioni. Questo da alla Cina una posizione di forza sui mercati mondiali, ovviamente avversata dal mondo occidentale che, se da un lato continua a studiare il problema, ne sottolinea i punti deboli legati alla poca efficienza. Ma c’è una novità, il floatvoltaic ovvero una soluzione di creare dei parchi fotovoltaici di notevoli dimensioni galleggianti. Li scopriremo in questo breve articolo.
Energia pulita da parchi di pannelli galleggianti
Secondo la rivista Nature il 10% dei giacimenti idroelettrici del mondo realizzati con impianti fotovoltaici galleggianti, chiamati “floatvoltaic“, potrebbero fornire tutta la capacità elettrica attualmente disponibile prodotta dalle centrali elettriche a combustibili fossili. Una soluzione fattibile ma ci sono alcuni aspetti ancora da essere valutati.
La più grande installazione al mondo Località nella provincia di Anhui, Cina. Azienda: Sungrow Power Supply in grado di produrre 40 megawatt. Questo impianto solare galleggiante è il più grande del mondo e produce elettricità sufficiente per alimentare 15.000 abitazione grazie ai suoi 166.000 pannelli – Fonte Sungrow Maior usina de energia solar sobre água do mundo é construída na China | Mundo: Diario de Pernambuco
Tra le diverse soluzioni per ridurre la dipendenza dai fossili è l’impiego di vaste aree di pannelli solari per decarbonizzare la produzione di elettricità. Secondo gli attuali programmi, entro il 2050, gli Stati Uniti potrebbero aver bisogno fino a 61.000 chilometri quadrati di pannelli solari, un’area più grande dei Paesi Bassi. Per nazioni con grandi disponibilità di territorio questo potrebbe non essere un problema ma per altri il problema è dove installarli senza dover entrare in competizione con altre esigenze come la produzione alimentare e la conservazione della biodiversità. Una soluzione che appare interessante è l’installazione di pannelli fotovoltaici galleggianti (“floatvoltaics”) sui bacini idrici.
Una soluzione geniale ma che non è però scevra di svantaggi a fronte degli impianti classici a combustibili fossili
Innanzitutto, gli impianti ad energia solare richiedono almeno 20 volte più superficie degli impianti tradizionali per produrre un gigawatt (GW) di elettricità. Un problema non trascurabile è quindi dove installarli.
Il Desert Solar Park produce 1.547 megawatt a Ningxia, Cina, ed è considerato il più grande impianto fotovoltaico operativo al mondo, immagine ripresa dal satellite tramite Google Earth. Credito: Google Earth “La Gran Muralla China del Sol”: la planta solar más grande del mundo cubre más de 1.200 km2 y está ubicada en el desierto de Tengger (xataka.com)
L’idea più immediata è l’installazione in zone desertiche dove il sole certo non manca e il territorio non è impiegabile per la produzione agricola. Modelli fisici (vedi van Zalk, J. & Behrens in bibliografia) hanno però rivelato che l’installazione di ampie fasce di pannelli solari nel Sahara altererebbero non solo le temperature locali ma anche i modelli di flusso d’aria globale. Questo porterebbe a modifiche in atmosfera che causerebbero aumenti di temperature dall’Amazzonia all’Artico. Inoltre, un problema pratico potrebbe essere il trasporto dell’energia dalle zone di produzione desertiche fino ai centri dove è necessaria.
Un’altra possibilità promettente sono i campi agricoli ma non è ancora chiaro come bilanciare le due esigenze principali ovvero la produzione alimentare e energetica. I tetti delle abitazioni, i parcheggi e le autostrade sono certo delle buone opzioni ma hanno dimensioni limitate per cui la produzione potrebbe non essere costo efficace.
Arriviamo quindi al loro posizionamento su galleggianti su specchi d’acqua ovvero il float voltaic. Un primo vantaggio sarebbe la loro efficienza. La vicinanza all’acqua tenderebbe a ridurre il loro surriscaldamento, rendendo i pannelli galleggianti circa il 5% più efficienti di quelli posizionati a terra (vedi Barron-Gafford). Inoltre, i pannelli schermerebbero la superficie dal sole e potrebbero ridurre l’evaporazione, trattenendo l’acqua per l’energia idroelettrica e la produzione di acqua potabile per uso umano o per l’irrigazione.
Secondo Almeida et alii, se installati sui bacini idroelettrici, si potrebbero quindi sfruttare le reti già esistenti per il trasporto di elettricità ai consumatori, riducendo i costi di trasmissione. Inoltre, abbinando il solare con l’energia idroelettrica di pompaggio si potrebbe fornire energia anche quando la luce solare è debole e immagazzinarla come energia potenziale nei bacini idrici quando la produzione di energia solare è elevata.
Un problema da considerare è la produzione di materia vegetale sommersa in decomposizione (o per fenomeni di eutrofizzazione) che potrebbe rilasciare tanto metano quanto le centrali elettriche a combustibili fossili (Cazzaniga, R. & Rosa-Clot, M. Solar Energy 219). In altre parole l’ombreggiatura di un’ampia parte di una superficie idrica potrebbe ridurre la produzione di ossigeno danneggiando la fauna, rendendo anossico l’ambiente e favorendo la proliferazione di batteri produttori di metano, che contrasterebbero i benefici della decarbonizzazione.
Per alcuni di questi siti, l’installazione di pannelli solari su appena il 2% della superficie del giacimento potrebbe raddoppiare la produzione di elettricità, dimezzando l’emissione di carbonio. Nel 2020, la capacità installata globale di pannelli solari galleggianti era di soli 3 GW, rispetto agli oltre 700 GW dei sistemi solari terrestri. Coprire il 10% dei bacini idroelettrici del mondo con pannelli solari galleggianti potrebbe produrre quasi 4.000 GW di capacità solare, equivalente alla capacità di generazione di elettricità di tutti gli impianti a combustibili fossili in funzione nel mondo.
Di contro, il fotovoltaico galleggiante è attualmente più costoso, circa il 4-8% superiore di quello installato a terra. Il mercato è in rapida crescita, con decine di progetti in corso. Uno, il cui completamento è previsto entro il 2024 a Batam, in Indonesia, prevede di produrre 2,2 GW distribuendo pannelli solari su 16 km² di acqua, quindi quasi raddoppiando la produzione globale di energia floatovoltaica.
Inoltre, il floatovoltaico installato su bacini idrici artificiali è un valore aggiunto per poter svolgere un ruolo importante nella pesca e nelle attività ricreative come nella creazione di habitat protetti, soddisfacendo molte esigenze come l’approvvigionamento idrico, il controllo delle inondazioni e la produzione di energia idroelettrica. Un altro problema potrebbe essere l’interferenza con le attività di pesca, che potrebbero inficiare i mezzi di sussistenza delle popolazioni già colpite dalla costruzione di bacini idrici.
Per poter valutare in maniera esaustiva la soluzione, oltre alla necessaria modellazione, sono quindi necessari studi empirici sul campo. Un approccio multidisciplinare basato sulla sostenibilità che deve essere effettuato a priori al fine di non intraprendere progetti costosi che potrebbero rivelarsi forieri di nuovi problemi. L’impatto nel suo intorno ovviamente esiste ma è come sempre una questione di pro e contro da valutare distribuiti nel tempo. Una soluzione quindi da valutare attentamente senza lasciarsi traviare dalla politica del no a prescindere. Tenendo conto che ogni soluzione ha pro e contro e nessuna è a costo zero.
in anteprima: Pannelli solari galleggianti sulla superficie del bacino idrico di Bedok – Foto Wzhkevin
Solar panels floating on the surface of Bedok Reservoir.jpg – Wikimedia Commons
Bibliografia
van Zalk, J. & Behrens, The spatial extent of renewable and non-renewable power generation: A review and meta-analysis of power densities and their application in the U.S. P. Energy Policy 123, 83–91 (2018).
Barron-Gafford, G. A. et al. Agrivoltaics provide mutual benefits across the food–energy–water nexus in drylands , Nature Sustainability 2, 848–855 (2019).
Cazzaniga, R. & Rosa-Clot, M. Simulation of the Floating PV System to Supply Electricity Demand for the City of Surabaya, Indonesia Solar Energy 219, 3–10 (2021).
Alcune delle foto presenti in questo blog possono essere state prese dal web, citandone ove possibile gli autori e/o le fonti. Se qualcuno desiderasse specificarne l’autore o rimuoverle, può scrivere a infoocean4future@gmail.com e provvederemo immediatamente alla correzione dell’articolo
PAGINA PRINCIPALE
è composta da oltre 60 collaboratori che lavorano in smart working, selezionati tra esperti di settore di diverse discipline. Hanno il compito di selezionare argomenti di particolare interesse, redigendo articoli basati su studi recenti. I contenuti degli stessi restano di responsabilità degli autori che sono ovviamente sempre citati. Eventuali quesiti possono essere inviati alla Redazione (infoocean4future@gmail.com) che, quando possibile, provvederà ad inoltrarli agli Autori.
