Lo studio di Giuseppe Marco Tina del Dieei è stato premiato dall’International Solar Energy Society
Aumentare la quota di energia pulita e a prezzi accessibili rientra tra gli obiettivi per lo sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite per il 2030.
Spinto dal basso costo, dalla facilità di installazione e dalla versatilità, il fotovoltaico è una delle energie rinnovabili in più rapida crescita e si prevede contribuirà maggiormente a questo spostamento verso le energie rinnovabili.
Per ridurre l’impatto ambientale e la dipendenza dalle fonti fossili, gli Stati membri dell’Unione Europea pianificano di costruire tra 140 e 222 Gigawatt di nuovi impianti fotovoltaici entro il 2030.
Ciò significa che ogni anno, fino al 2030, verranno installati da 14 a 22 Gw di nuova capacità fotovoltaica.
Ad un tasso approssimativo di 0,02 km2 per Megawatt, ciò richiederà la conversione di 280-440 km2 di terreno in impianti fotovoltaici ogni anno.
Questa importante conversione del territorio è preoccupante perché può minacciare la biodiversità, poiché gli impianti fotovoltaici potrebbero essere installati su terreni disponibili a basso prezzo ma di alto valore ecologico.
Questo tema è particolarmente sentito in Europa, il continente che conta già il maggior numero di impianti rinnovabili installati in aree protette.
Consapevole dei potenziali rischi per l’ambiente, la Commissione Europea ora richiede espressamente che le attività di ricerca e innovazione non arrechino danni significativi alla biodiversità e agli ecosistemi.
Oltre a queste minacce alla biodiversità, gli investimenti significativi nel fotovoltaico e gli alti profitti attesi potrebbero anche portare alla conversione di terreni coltivabili in parchi solari, generando potenzialmente conflitti anche con l’agricoltura.
Pertanto, sono necessarie soluzioni innovative per evitare che gli obiettivi energetici dell’UE e globali vengano raggiunti a scapito della biodiversità e della produzione alimentare.
Un impianto fotovoltaico galleggiante
Una delle soluzioni a questo problema di occupazione del suolo è il fotovoltaico galleggiante (FPV), in cui i moduli fotovoltaici sono installati su superfici acquatiche anziché sulla terra.
Oltre a evitare la concorrenza nell’uso del territorio, il fotovoltaico galleggiante ha il potenziale per ottenere costi inferiori rispetto al tradizionale fotovoltaico terrestre (LPV), grazie all’installazione più semplice e ai canoni di affitto dell’acqua più bassi rispetto al terreno.
Si prevede che la riduzione dei costi sarà ancora maggiore quando il fotovoltaico galleggiante sarà abbinato all’energia idroelettrica perché, in questa configurazione ibrida, l’impianto può utilizzare le infrastrutture elettriche esistenti.
Il fotovoltaico galleggiante, inoltre, può ridurre i tassi di evaporazione, rendendo disponibile più acqua per altri usi, come l’irrigazione o la produzione di energia idroelettrica.
Grazie all’effetto di raffreddamento dell’acqua, è stato spesso segnalato che i moduli del fotovoltaico galleggiante funzionano a temperature inferiori rispetto al fotovoltaico terrestre. Ciò significa che, a causa della relazione inversa tra temperatura ed efficienza, il fotovoltaico galleggiante può ottenere rese più elevate rispetto a quello terrestre.
Tuttavia, i ricercatori hanno recentemente iniziato a sottolineare che questi benefici legati alla temperatura non sono universali poiché dipendono dalla configurazione del sistema e dalle condizioni locali. Inoltre, dovrebbero tenere conto del fatto che, a causa della mancanza di fondamenta, i moduli del fotovoltaico galleggiante sono generalmente installati con angoli di inclinazione bassi per limitare il carico del vento sulla struttura di supporto.
Un impianto fotovoltaico galleggiante
Alle latitudini europee, questa bassa inclinazione aumenta la riflessione e le perdite angolari rispetto all'angolo ottimale, riducendo l'irradianza effettiva che raggiunge la cella fotovoltaica e quindi la resa energetica.
Per un'economia locale come quella siciliana, l'introduzione della tecnologia fotovoltaica flottante rappresenta un grande miglioramento grazie all'elevata radiazione solare annua.
Per valutare la disponibilità dei bacini idrici in Sicilia è stato utilizzato un database compilato dall'Ispra (SINAnet 2021) da cui sono stati tratti dati le coordinate geografiche e le principali caratteristiche di 47 bacini della Sicilia. Il bacino siciliano di maggiore estensione è il Lago Biviere a Lentini nel Siracusano, mentre quello di minore estensione è il Lago Spartà a Sant'Agata di Militello nel Messinese.
Dall'analisi delle caratteristiche dei laghi siciliani si deduce che il valore medio della superficie dei bacini siciliani è pari a 1,17 chilometri quadrati. La superficie totale dei bacini analizzati è di circa 55 chilometri quadrati , ovvero circa lo 0,2% della superficie totale della regione Sicilia (25.832,39 km2). I bacini del Biviere e del Pozzillo si possono definire grandi, visto che hanno una superficie compresa tra 3,50 e 1,07 chilometri quadrati.
La reale utilizzabilità di questi bacini ai fini dell’installazione di impianti FPV deve essere attentamente verificata rispetto ai numerosi vincoli ambientali e tecnici a cui possono essere soggetti ma la potenzialità dell'installazione degli impianti fotovoltaici galleggianti in Sicilia è sicuramente importante e dovrebbero essere adeguatamente sfruttata anche in maniera sinergica rispetto alla gestione delle acque contenute nei suddetti bacini.
Le ricerche
Lo sfruttamento delle soluzioni fotovoltaiche in ambiente acquatico è stato ampiamente studiato prof. Giuseppe Marco Tina, professore di Sistemi Elettrici per l’Energia al Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e Informatica all'Università di Catania.
Tale attività di ricerca è stata avviata circa 10 anni fa con le prime ricerche sui moduli fotovoltaici sommersi e poi su quelli galleggianti, essa si è ulteriormente evoluta grazie ad una proficua collaborazione con la società Enel Green Power - Innovation Lab di Catania, dove sono stati installati numerosi prototipi di impianti fotovoltaici galleggianti.
Sono stati pubblicati una ventina di articoli su riviste scientifiche e due libri dal titolo Submerged and Floating Photovoltaic Systems Modelling, Design and Case Studies (Elsevier Science, 2017) e Floating PV Plants (Elsevier Sciene, 2020), entrambi di Marco Rosa-Clot e Giuseppe Marco Tina.
L’11 dicembre il prof. Giuseppe Marco Tina, con lo studio dal titolo Techno-economic potential and perspectives of floating photovoltaics in Europe (Solar Energy, Volume 243, 2022) - elaborato insieme con Leonardo Micheli, Diego L. Talavera, Florencia Almonacid e Eduardo F. Fernandez – ha ricevuto il premio biennale denominato Solar Energy Journal Best Paper Award 2023, nella categoria Solar Systems Integration da parte dell’International Solar Energy Society (ISES).
Il prof. Giuseppe Marco Tina