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La tecnologia scalda il futuro del solare termico Stampa E-mail
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INCONTRO CON GIOVANNI VINCENZO FRACASTORO, POLITECNICO DI TORINO


di Davide Canevari


Più o meno la superficie di una piccola piastrella. A tanto (o poco) ammonta la dotazione di solare termico che, ad oggi, è a disposizione di ogni italiano. Per essere più precisi: 0,05 metri quadrati. Si tratta quindi di una soluzione tecnologica che ancora deve trovare il proprio posto al sole e che può avere ulteriori notevoli margini di crescita.


Questo non vale solo per il nostro Paese, ma più in generale per l’Europa. Pensiamo alla Germania, che spesso è chiamata in causa come la patria del solare termico. È vero che guida le classifiche del Vecchio Continente per superficie totale installata (oltre 16 milioni di metri quadri a fine 2012) e per potenza (11,2 GW termici, il 40 per cento del totale UE). Tuttavia, se si considera come parametro l’area solare pro capite, il dato di riferimento è un valore tutto sommato modesto, pari a 0,2 m2 per abitante. Come a dire che servono cinque Tedeschi per fare un singolo metro quadrato!


Per scendere nel dettaglio dello stato dell’arte e delle prospettive del settore, in particolare per quanto riguarda l’Italia, Nuova Energia ha incontrato Giovanni Vincenzo Fracastoro, professore di Fisica tecnica ambientale del Politecnico di Torino (dipartimento di Energia).
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Professore, a che punto siamo in Italia?
**La European Solar Thermal Industry Federation (ESTIF) ha stimato che l’energia prodotta in Italia nel 2012 dai collettori solari termici è stata pari a 2 TWh. Il nostro Piano di Azione per le Energie Rinnovabili prevede di raggiungere 22 TWh entro il 2020. Siamo dunque appena al 9 per cento del cammino da intraprendere, mentre nel fotovoltaico – come noto – gli obiettivi 2020 sono già stati praticamente raggiunti, anche se a prezzo di pesanti conseguenze sulla bolletta elettrica, distorsioni del mercato e di una forte instabilità della domanda, che ha generato e poi distrutto migliaia di posti di lavoro.


             
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Though the last few years haven’t been easy for the solar thermal energy industry (namely, since 2008, when it peaked to 3,36 GW, newly installed capacity has been decreasing) the sector still looks promising. To provide a closer picture of the sector’s current status and future prospects, here follows Nuova Energia’s interview with Giovanni Vincenzo Fracastoro from Turin Polytechnic’s Energy Department.
“The energy produced in 2012 from solar thermal collectors in Italy is estimated at around 2 TWh, while our Action Plan for Renewable Energies aims to reach 22 TWh by 2020. So we have only met 9% of the goal we have planned, so far”. And that’s certainly not an easy goal to reach, unless applications of solar thermal other than producing domestic hot water are also included, like, for example, large plants (more than 500 sqm) or even solar cooling, especially if applied to business facilities (though some current criticalities in this respect remain to be solved).
As regards the economic side of the issue, the recent Minister’s Decree dated 28/12/12 – the “Conto energia termico” – sets up an incentive plan equal to 170 euros/square meters covered by collectors for 2 years (below 50 sqm) and 55 euros/sqm for 5 years in case of larger surfaces. Incentives to solar cooling, instead, reach, respectively, 255 euros/sqm for 2 years and 83 for 5 years. With such a scheme, the payback time can be reduced to slightly more than 5 years for plants covering up to 50 sqm.
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Mantenendo il parallelo tra termico e fotovoltaico, sembra emergere un’altra anomalia…
**Infatti. Se si confrontano i 2,38 GW di picco installati in Italia con la produzione stimata di 2 TWh, risulta un numero di ore equivalenti (rapporto fra energia prodotta e potenza di picco) pari a 840 ore. Un valore piuttosto basso se rapportato alle ore equivalenti del fotovoltaico (1.291 nel 2012 per gli impianti fissi, secondo il GSE).
Supponendo che la distribuzione geografica degli impianti non sia sostanzialmente differente, e dunque che la disponibilità della risorsa solare sia pressoché analoga, il differenziale è piuttosto ampio.


E come si spiega questa differenza?
**Convenzionalmente si attribuisce a un metro quadrato di collettori solari termici la produzione di una potenza termica di 700 W quando viene esposto a un’irradianza solare di 1 kW/m2. Ciò corrisponde a un’efficienza del 70 per cento, un valore che mette in evidenza le migliori prestazioni di picco dei collettori solari termici rispetto ai pannelli fotovoltaici. Tuttavia, tale valore è largamente sovrastimato e non tiene conto del variare delle prestazioni dei collettori al variare delle tipologie impiantistiche e delle diverse condizioni operative.
Vi è poi un’altra ragione: la quasi totalità degli impianti fotovoltaici è connessa in rete, e dunque tutta l’energia da essi prodotta è effettivamente contabilizzata e utilizzata. Al contrario, non vi sono (almeno in Italia) reti termiche disposte a ospitare il surplus di calore prodotto dai collettori o a supplire a eventuali deficit.


Di qui la necessità di disporre di un accumulo termico presso l’utente.
** Certamente. Ma questo comporta esigenze di spazi adeguati e ulteriori costi, e con perdite che si aggiungono a quelle del collettore solare. Inoltre, di solito, le dimensioni dell’accumulo sono tali da consentirgli di immagazzinare solo l’energia necessaria per coprire la domanda di uno o massimo due giorni. Non certo di trasferire gli eccessi di calore solare estivi all’inverno seguente.


Quali sono, dunque, le conseguenze della mancanza di una rete e della limitatezza dell’accumulo?
**Ne evidenzio due. Un impianto solare termico non è mai in grado di soddisfare tutta la domanda, e necessita dunque sempre di un sistema ausiliario (solitamente una caldaia). Ciò significa che il fattore solare, ovvero il rapporto fra energia solare utilizzata e la somma di questa con l’energia ausiliaria, non raggiunge mai il 100 per cento. Inoltre, come già detto, parte del surplus di energia raccolta dai collettori va sprecata e ciò fa diminuire la resa specifica, ovvero l’energia utile prodotta per unità di superficie.
In genere, più cresce il fattore solare, più è piccola la resa dei collettori. Consideriamo, a titolo di esempio, la tipica situazione delle nostre latitudini e la produzione di acqua calda sanitaria. Al crescere dell’area di collettori per persona il fattore solare cresce in modo meno che lineare e raggiunge il 100 per cento solo per aree enormi: all’aumentare del fattore solare, la resa specifica diviene sempre minore. L’area ottimale è quella che si ha quando il Valore Attuale Netto (VAN) è massimo, ovvero, in questo caso, in corrispondenza di 1 m2 a persona. A questo valore corrisponde un fattore solare del 60 per cento e una resa specifica di circa 500 kWh/m2.


Calando questi dati sulla nostra realtà?
**In Italia la domanda di acqua calda sanitaria è pari a circa 3 Mtep (il 2 per cento dei consumi totali). Il contributo del solare termico potrebbe dunque raggiungere il target dei 20 TWh a cui abbiamo già fatto cenno (1,7 Mtep) solo nella poco realistica ipotesi di installare 1 m2 di collettori a testa. Moltiplicando quindi di ben venti volte la dotazione attuale. Occorrerebbe dunque pensare ad altri impieghi.


Cosa rende complesso il passaggio dal condizionale all’indicativo?
**Gli utilizzi diversi dalla produzione di acqua calda sanitaria richiedono prestazioni più elevate, in termini di efficienza e durata, del componente fondamentale degli impianti solari termici, ovvero il collettore solare. In termini di efficienza, occorre ridurre le perdite ottiche (attraverso l’uso di vetri super trasparenti e piastre molto “nere”) e termiche, grazie a piastre basso-emissive e alla tecnologia del vuoto.


E a che punto siamo con la tecnologia?
**Per quel che riguarda le perdite ottiche, i vetri low-iron con rivestimento antiriflettente lasciano passare oltre il 95 per cento della radiazione solare. Il duplice requisito di una piastra contemporaneamente “nera” (ovvero con coefficiente di assorbimento vicino all’unità) e basso-emissiva (emissività nell’infrarosso molto bassa) è soddisfatto da tempo attraverso speciali vernici selettive. Le migliori vernici selettive su substrato in rame hanno un coefficiente di assorbimento intorno al 94-95 per cento e una emissività nell’infrarosso dell’ordine del 5-7 per cento.
Inoltre, la tecnologia del vuoto ha permesso di ridurre le perdite convettive fino a meno di 1 W per ogni m2 di superficie assorbente e per ogni °C di differenza di temperatura. Ulteriori migliorie possono essere ottenute usando tubi sotto vuoto con heat pipe e a concentrazione (CPC).

             
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L’Italia quarta in Europa
con 3,3 milioni di metri quadrati

Il 2012 non è stato un anno da ricordare per il settore del solare termico. Ce lo ricorda il rapporto Solar Thermal Markets in Europe realizzato da ESTIF (European Solar Thermal Industry Federation) pubblicato lo scorso giugno. Nel complesso la nuova capacità installata in Europa (UE + Svizzera) è stata infatti pari a 2.410 MW (circa 3,4 milioni di metri quadri) con un calo del 6,4 per cento rispetto al 2011. È dal 2008, quando fu raggiunto il picco di 3,36 GW e 4,8 milioni di metri quadrati, che il segno meno contraddistingue l’andamento del settore.
Per quanto riguarda la capacità complessiva cumulata, la Germania vanta oltre 16 milioni di metri quadrati, circa il 40 per cento del totale europeo (Svizzera compresa) e sopravanza nettamente i più diretti inseguitori, la Grecia e l’Austria, entrambi attorno ai 4 milioni di metri quadrati. Quarta piazza per il nostro Paese, con poco più di 3,3 milioni di metri quadrati.
I circa 28 GW operativi su scala continentale sono in grado di generare l’equivalente di 20 TWh termici l’anno, evitando l’emissione in atmosfera di 2,5 milioni di tonnellate di anidride carbonica. Significativo anche l’impatto economico, con un giro d’affari pari a 2,4 miliardi di euro (nel 2012) e 32.000 posti di lavoro full time.
Tra le realtà emergenti sembra meritare particolare attenzione il mercato polacco, grazie soprattutto ai robusti incentivi introdotti. Nel 2012 in Polonia sono entrati in esercizio 211 MW termici che hanno portato la potenza complessiva installata alle soglie degli 850 MW termici. L’obiettivo dichiarato è quello di arrivare a 10 GW (circa 14 milioni di metri quadrati) entro la fine del 2020.

________________________________Da. Ca.

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E per quanto riguarda gli accumuli termici?
**La stratificazione degli accumuli termici consente di fornire acqua a temperatura alta all’utente anche quando la temperatura media dell’accumulo è relativamente bassa. Si sta cominciando a studiare la possibilità di utilizzare sostanze diverse dall’acqua, che permettano, a parità di ingombro, di immagazzinare maggiori quantità di calore sotto forma di calore latente (PCM – Phase Change Materials). Fra queste, oltre ai sali di fusione (sali eutettici, solfati di sodio, di magnesio) e agli ossidi minerali (MgO, CaO) di cui si sfrutta il calore di idratazione, le più interessanti e vicine alla commercializzazione sono alcune paraffine che possono accumulare fino a 300 kJ/kg contro i 100 dell’acqua, considerando un salto termico utile di 20-25 °C.


Guardando oltre il tradizionale uso per la produzione di acqua calda sanitaria?
**In Europa cominciano ad emergere nuovi settori di impiego. Crescono, in particolare in Danimarca, gli impianti di grandi dimensioni (oltre 500 m2) utilizzati per alimentare le reti di teleriscaldamento. Segnali promettenti provengono anche dal settore degli usi termici industriali. Tuttavia, l’uso più promettente degli impianti solari è quello per il riscaldamento e il condizionamento (solar cooling), soprattutto di edifici commerciali.
Allargare l’impiego degli impianti solari al riscaldamento degli ambienti implica la necessità di trovar un adeguato utilizzo del calore prodotto nel periodo estivo. I vantaggi dell’uso di calore solare gratuito al posto di energia pregiata (elettricità) sono per ora controbilanciati dall’elevato costo della macchina frigorifera ad assorbimento e dalle sue modeste prestazioni (COP = 0,6-0,7), che portano l’efficienza complessiva, considerando anche il collettore solare, a superare di rado il 20 per cento. Se si vuole raffrescarsi col sole, si può anche valutare la possibilità di usare un normale chiller alimentato da pannelli fotovoltaici.


Facciamo, in conclusione, qualche considerazione economica?
**Con un costo intorno ai 600 euro/ m2, un costo dell’energia termica di 0,1 euro/kWh e una resa specifica dell’ordine di 500 kWh/m2, anche in assenza di incentivi gli impianti solari si ripagano nel corso della loro vita utile (tempi di ritorno intorno a 12 anni). Il recente DM 28/12/12 – Conto energia termico – prevede incentivi che ammontano a 170 euro/m2 di area dei collettori per due anni (area al di sotto dei 50 m2) e 55 euro/m2 per cinque anni nel caso di superfici superiori. Nel caso di solar cooling gli incentivi salgono rispettivamente a 255 euro/m2 per due anni e 83 per cinque anni. Con questi incentivi il tempo di ritorno può scendere a poco più di 5 anni per impianti con area inferiore a 50 m2.

 
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