L’attività descritta nel presente rapporto è stata svolta nell’ambito della Ricerca per il Sistema Elettrico Italiano nel periodo 1/1/2000 – 30/6/2000 e si riferisce al progetto ”Energie Rinnovabili per il sistema Elettrico” – tematica “Energia solare fotovoltaica”. Nel capitolo primo del rapporto si descrive lo stato dell’attività fotovoltaica in Italia e si citano i principali attori sul mercato (produttori, utilities, utilizzatori), le aree di applicazione più sviluppate e le dimensioni del mercato fotovoltaico nazionale. In particolare, in Italia, il gruppo ENEL è impegnato nello specifico settore fotovoltaico dall’inizio degli anni ’80 ed ha maturato una significativa esperienza di ricerca e sviluppo concretizzatasi nella realizzazione di numerosi impianti, tra i quali la centrale solare di Serre: questa centrale è ancora oggi, a distanza di anni dall’avviamento, avvenuto nel dicembre 1994, la più grande centrale in funzione al mondo con una capacità di potenza di picco pari a 3 300 kW e una produzione annua di 4 400 000 kWh. In realtà le realizzazioni del gruppo ENEL hanno spaziato negli anni dai sistemi con accumulo, ai sistemi ibridi, agli impianti in bassa tensione sino alle centrali di media e grande taglia. Si analizza poi il mercato fotovoltaico italiano, che è stato suddiviso in 4 settori di applicazione, per ciascuno dei quali vengono fornite informazioni relative alla potenza installata, anno per anno, dal 1992 al 1999; inoltre per comparazione, si riportano anche i dati relativi al mercato mondiale. Alla fine del 1999 in Italia risultano operativi impianti per un potenza totale di 18 480 kWp. Vengono infine citati i principali costruttori nazionali di celle e moduli fotovoltaici, con la relativa produzione caratterizzata per tipologia e per quantità, e i fornitori di componenti specifici quali inverters e batterie. Nel capitolo secondo del rapporto, denominato “Indagine sulle tecnologie emergenti”, si analizzano i trends tecnologici nel settore fotovoltaico per quanto attiene ai materiali di base, alle celle solari e ai moduli fotovoltaici anche alla luce di quanto emerso alla recente Conferenza Europea Fotovoltaica di Glasgow (maggio 2000). Per quanto concerne i materiali e le celle, si dedica attenzione allo sviluppo della tecnologia del silicio monocristallino, multicristallino e amorfo (a-Si) e a quella dei film sottili, quali CIS e CdTe che, alla luce delle eccellenti prestazioni raggiunte, si propongono all’attenzione degli esperti come tecnologie vincenti per i prossimi anni: in effetti l’interesse del mercato per questi prodotti è molto forte ed è legato al basso costo del materiale, alla grande disponibilità, e alle ulteriori possibilità di sviluppo in termini prestazionali. La questione della scarsa disponibilità del silicio di base (molto utilizzato dall’industria dei componenti elettronici e con ben maggiori guadagni) e la notevole maturità raggiunta dalla tecnologia del silicio classico smorzano le speranze di significativi progressi per questa tipologia di celle che ancora dominano il mercato in termini di fatturato. Una dettagliata valutazione dei processi produttivi adottati dai costruttori di celle di nuova generazione, evidenzia purtroppo aspetti di pericolosità derivanti dall’utilizzo di materiali a forte impatto ambientale. In alcuni casi i processi sono critici e lo smaltimento di prodotti tossici derivanti dalle lavorazioni è complesso e costoso.

In particolare per celle e moduli sono anche riportati i dati consolidati al 1998 e le stime per il 1999 delle quote globali di mercato e le relative figure di costo, relative alle tipologie di moduli più diffuse, aggiornate alla fine del 1999. Alcune tabelle aggiornate al 1999 riassumono le prestazioni record di celle e moduli, misurate dai più importanti laboratori internazionali accreditati, usando come parametro di riferimento l’efficienza misurata nella condizione di intensità della luce solare definita Air Mass 1.5, pari a 1000 W/m2, con aggiornamento alla fine del 1999. Attualmente le celle a multigiunzione basate su GaInP,GaAs e Ge detengono il record di 28.7% su un’area significativa di 30 cm2. La valutazione delle caratteristiche di parti quali inverters, batterie, diodi di by-pass, pompe, sistemi ibridi, strutture di supporto sarà effettuata nel secondo semestre 2000 e confluirà nella seconda parte del seguente rapporto (rapporto finale). Infine, è stata completata una analisi dei costi dei moduli in Lire/Wp che abbraccia il periodo di tempo che va dal 1976 al 1999. Un modulo, che nel 1976 costava a valori attualizzati 118 000 Lire/Wp, ha oggi un prezzo medio di vendita di 7 600 Lire/Wp. Nel capitolo terzo del rapporto, la valutazione tecnica e commerciale dei nuovi componenti, resisi disponibili durante l’anno in corso sul mercato, ha evidenziato i prodotti più rappresentativi delle nuove tecnologie nel settore dei moduli a film sottile e degli inverters; pertanto sono stati selezionati i potenziali candidati all’acquisto e si sono avviate le procedure per la loro acquisizione. I suddetti componenti saranno poi oggetto di sperimentazione in laboratorio e, per quanto possibile, in campo. La lista dei prodotti scelti include 3 diversi moduli in film sottile o a sfere solari, per una potenza totale di circa 3 kW, e due inverters molto evoluti sia per la capacità di adattarsi a sistemi di taglia e caratteristiche diverse che per l’aspetto di interfaccia con computer e sistemi di acquisizione dati. Nel capitolo quarto del rapporto si descrive la sperimentazione in laboratorio e sul campo svolta dal Cesi presso il campo prove di Adrano (CT) su impianti esistenti o in corso di installazione e viene fornita una breve scheda illustrativa delle caratteristiche peculiari del campo.. Dopo avere elencato i sistemi fotovoltaici e le relative facilities disponibili presso il campo prove, si riportano i risultati delle misure ciclicamente eseguite sui sistemi stessi, il confronto tra le prestazioni iniziali e attuali dei 10 campi grid-connected, i guasti registrati nell’ultimo anno di funzionamento su moduli e inverter e i problemi sorti durante la gestione delle varie prove e campagne di misura (in particolare interruzioni nella generazione di energia). Segue poi la descrizione dei tests e delle misure che sono state svolte in laboratorio su componenti e sistemi installati recentemente (seconda metà del 1999) e sui quali è da poco iniziata l’attività di sperimentazione.

In dettaglio, si riportano le procedure seguite per l’installazione e la messa in funzione del nuovo sistema a moduli in silicio amorfo a tripla giunzione denominato “Canon”, che è entrato in funzione alla fine del 1999. L’impianto fotovoltaico, innovativo per la tipologia dei moduli, per il sistema di montaggio e per le strutture di sostegno, ha una potenza nominale di 1.5kW ed è collegato alla rete di bassa tensione (BT). Infine si riportano i dati di progetto di un nuovo sistema definito “pensilina fotovoltaica” in cui i moduli sono costituiti da tegole fotovoltaiche fornite da Newtec, per una potenza totale di 2kW e collegato alla rete BT. La progettazione dell’impianto si è conclusa ma non è iniziata ancora l’installazione. Nel prossimo futuro è prevista presso la sede Cesi di Milano la disponibilità’ di almeno un sistema fotovoltaico da 5 kW al fine di provare componenti quali convertitori, batterie, ecc., in diverse configurazioni di sistema. Link al documento di riferimento: Link A0-021839.