Fotovoltaico e solare termodinamico non devono necessariamente contendersi spazio e investimenti. Le caratteristiche delle due tecnologie possono invece renderle complementari, soprattutto in un sistema elettrico con una quota crescente di produzione rinnovabile non programmabile.
È quanto emerge da uno studio realizzato da ricercatori ENEA che mette a confronto fotovoltaico (PV) e solare termodinamico a concentrazione (CSP), analizzandone potenziale sul territorio italiano, utilizzo del suolo, costi e capacità di contribuire alla gestione della rete elettrica.
Il quadro che ne deriva è piuttosto netto: il fotovoltaico mantiene un vantaggio in termini economici, modularità, rapidità di installazione e occupazione del territorio, mentre il CSP può offrire qualcosa di diverso, cioè la possibilità di accumulare energia sotto forma di calore e utilizzarla successivamente.
Due tecnologie solari con caratteristiche differenti
La differenza parte dal modo in cui viene utilizzata la radiazione solare.
Un impianto fotovoltaico converte direttamente la luce in energia elettrica attraverso celle realizzate con materiali semiconduttori. Può inoltre sfruttare diverse componenti della radiazione solare, comprese quella diretta e quella diffusa, caratteristica che ne amplia le possibilità di utilizzo anche in condizioni climatiche non perfettamente serene.
Il Concentrated Solar Power (CSP) segue un principio differente. Un sistema di specchi concentra la radiazione solare diretta verso un ricevitore, riscaldando un fluido termovettore. Il calore raggiunge temperature elevate e può essere utilizzato per generare vapore e alimentare una turbina per la produzione di elettricità.
La peculiarità del sistema è però soprattutto la possibilità di abbinare al campo solare un accumulo termico, conservando il calore prodotto durante le ore di maggiore irraggiamento per utilizzarlo successivamente.
In questo modo produzione solare e generazione elettrica possono essere almeno in parte disaccoppiate temporalmente. ENEA sta lavorando proprio sull’ibridazione del CSP con altre fonti rinnovabili e sullo sviluppo di soluzioni di accumulo termico e applicazioni rivolte anche alle utenze industriali.
Il CSP occupa più territorio, ma può produrre quando serve
Uno degli svantaggi più evidenti del solare termodinamico riguarda l’utilizzo del territorio.
Secondo il confronto riportato nello studio, un impianto CSP comprensivo del campo solare e del sistema di accumulo termico può richiedere una superficie circa cinque volte superiore rispetto a un impianto fotovoltaico di pari potenza. Anche il costo medio di produzione dell’elettricità rimane più favorevole al fotovoltaico.
Valutare le due tecnologie soltanto attraverso costo del MWh e superficie occupata, tuttavia, non permette di coglierne completamente le differenze.
L’accumulo termico consente infatti al CSP di fornire una produzione maggiormente programmabile e di spostare parte della generazione verso fasce orarie nelle quali la disponibilità di fotovoltaico diminuisce, come quelle serali.
Una caratteristica che assume maggiore rilevanza con l’aumento della capacità fotovoltaica installata e dei periodi nei quali la produzione rinnovabile può superare temporaneamente la capacità di assorbimento della rete.
Accumulo termico contro il curtailment
Il tema è quello del curtailment, cioè la riduzione forzata della produzione di un impianto quando il sistema elettrico non riesce ad assorbire tutta l’energia disponibile.
Aumentare la potenza rinnovabile installata non significa infatti automaticamente riuscire a utilizzare tutta l’elettricità prodotta. Con una penetrazione crescente di fonti variabili diventano sempre più importanti accumuli, reti, flessibilità della domanda e tecnologie capaci di spostare nel tempo la disponibilità dell’energia.
In questo scenario il CSP può contribuire attraverso l’accumulo del calore solare, rendendo possibile una produzione elettrica più stabile e programmabile.
L’obiettivo indicato da ENEA è quindi favorire anche configurazioni ibride PV-CSP, nelle quali il fotovoltaico possa garantire produzione elettrica competitiva durante le ore solari e il termodinamico contribuisca alla disponibilità di energia nelle ore successive.
Il valore di questi sistemi non sarebbe quindi soltanto nella quantità complessiva di MWh prodotti, ma anche nella possibilità di decidere meglio quando renderli disponibili alla rete.
Sud e isole favoriti dalla radiazione solare diretta
La distribuzione geografica della risorsa solare rappresenta un’altra variabile fondamentale.
L’analisi del territorio italiano evidenzia differenze significative tra le regioni. La radiazione solare globale media annua si colloca generalmente tra 1.400 e 1.900 kWh/m², scendendo sotto 1.300 kWh/m² in alcune aree alpine e settentrionali e superando in alcuni casi 1.900 kWh/m² nel Sud e nelle isole.
Per il CSP è particolarmente importante la radiazione solare diretta, perché gli specchi devono concentrare i raggi sul ricevitore. Da questo punto di vista Sicilia, Sardegna e diverse regioni meridionali presentano condizioni particolarmente favorevoli.
La disponibilità della risorsa solare, tuttavia, rappresenta soltanto uno dei criteri per individuare le aree adatte.
Occorre considerare anche disponibilità delle superfici, infrastrutture di connessione alla rete, domanda locale di elettricità e calore, disponibilità idrica, compatibilità ambientale e accettabilità degli impianti sul territorio.
Proprio le aree industriali del Mezzogiorno e delle isole potrebbero risultare interessanti per sistemi capaci di combinare produzione elettrica, accumulo e fornitura di calore di processo.
Non solo elettricità: il calore solare per l’industria
Un ulteriore elemento distingue il solare termodinamico dal fotovoltaico: il prodotto primario del processo è calore ad alta temperatura.
Oltre alla conversione in elettricità, l’energia termica può quindi essere utilizzata direttamente in alcuni processi industriali oppure inserita in sistemi di cogenerazione e poligenerazione.
Tra le linee di ricerca ENEA figurano infatti l’integrazione degli impianti CSP/CST con utenze industriali e civili, l’ibridazione con il fotovoltaico e lo sviluppo di sistemi avanzati di accumulo termico.
La prospettiva sposta quindi il confronto tra fotovoltaico e solare termodinamico dal semplice costo di generazione al ruolo che ciascuna tecnologia può svolgere nel sistema energetico.
Con una quota crescente di rinnovabili, produrre energia a basso costo rimane fondamentale, ma diventa altrettanto importante poterla accumulare e rendere disponibile nel momento in cui viene richiesta. Ed è proprio su questo terreno che l’integrazione tra fotovoltaico, CSP e sistemi di accumulo potrebbe trovare uno spazio crescente.
