Osservatorio rinnovabili: nuovo interesse per il fv industriale

Anie Rinnovabili aggiorna l'Osservatorio: nei primi 4 mesi del 2017 si confermano in crescita le nuove installazioni italiane di fer elettriche

(Rinnovabili.it) – Cala il fotovoltaico (-10%), crescono eolico (+78%) e idroelettrico (+1%). Si potrebbero riassumere così questi primi quattro mesi del 2017 sotto il profilo delle nuove istallazioni rinnovabili. In realtà, dietro a semplici segni di “più” e “meno” c’è molto altro. C’è un comparto solare che resiste malgrado gli ultimi scossoni normativi e in cui gli impianti domestici hanno finalmente la meglio rispetto alle mega centrali. E c’è un settore eolico che riprende fiato, dopo aver trattenuto il respiro fino alle aste dello scorso autunno.

A raccontarci cosa sta succedendo alle fer elettriche italiane, è l’aggiornamento puntuale dell’Osservatorio di Anie Rinnovabili. Si scopre così che nei primi quattro mesi dell’anno le nuove installazioni di fotovoltaico, eolico e idroelettrico hanno ripreso a “muoversi”, allacciando alla rete complessivamente circa 204 MW (+11% rispetto al primo quadrimestre 2016), di cui ben 109 MW appartengono solo al solare.

Fotovoltaico: Con le installazioni di aprile 2017 (24,5 MW), le nuove connessioni fotovoltaiche del primo quadrimestre (108,6 MW) risultano in calo (-10%) rispetto allo stesso periodo del 2016. Si registra una riduzione anche nel numero di unità di produzione connesse (-10%). La maggior parte delle installazioni (58% del totale 2017) continua ad essere di tipo residenziale (impianti di potenza inferiore ai 20 kW). Da segnalare la connessione nel mese di aprile di un grande impianto da oltre 2,2 MW in Puglia nella provincia di Taranto.

Le regioni che hanno registrato il maggior incremento in termini di potenza sono Abruzzo, Piemonte, Toscana, Umbria e Veneto, mentre quelle con il maggior decremento sono Calabria, Campania, Liguria, Marche, Molise, Sardegna e Trentino Alto Adige. Le regioni che hanno registrato il maggior incremento in termini di unità di produzione sono Basilicata e Veneto, mentre quelle con il maggior decremento sono Abruzzo, Campania, Friuli Venezia Giulia, Liguria, Sardegna, Trentino Alto Adige e Umbria.

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In questi primi mesi del 2017 si registra un maggior interesse per gli impianti fotovoltaici di taglia industriale favoriti molto probabilmente dall’effetto del Milleproroghe che ha abolito l’applicazione degli oneri generali di sistema sull’energia autoconsumata per i clienti non domestici. Ci si attende un ulteriore impatto positivo non appena il mercato percepirà la grande opportunità offerta dal super-ammortamento (Circolare 4/E del 2017 dell’Agenzia delle Entrate).

Eolico: Prosegue la crescita della potenza dei nuovi impianti eolici installati che con i 27 MW connessi ad aprile 2017 raggiungono nel primo quadrimestre circa 75 MW (+78% rispetto ai primi quattro mesi del 2016). Si registra un aumento (+21%) anche per le unità di produzione da fonte eolica connesse in rete. Per quanto riguarda la diffusione territoriale, quasi tutta la potenza connessa (99%) è localizzata nelle regioni del Sud Italia. Le richieste di connessione di impianti di taglia inferiore ai 60 kW sono il 23% del totale installato sino ad aprile 2017, mentre gli impianti superiori ai 200 kW costituiscono il 75% del totale. Si segnala l’installazione nel mese di aprile di un’unità di produzione di oltre 22,5 MW in Calabria in provincia di Catanzaro.

Idroelettrico: In leggera ripresa l’idroelettrico che vede crescere del 1% la nuova potenza installata (20,4 MW) rispetto ai valori registrati nel primo quadrimestre 2016. Il numero di unità di produzione connesse in rete nei primi quattro mesi del 2017 rispetto allo stesso periodo dell’anno precedente ha subito invece un decremento del 19%.

Le regioni che hanno registrato il maggior incremento di potenza nel primo quadrimestre 2017 rispetto all’anno precedente sono Emilia Romagna, Marche, Toscana e Veneto. I nuovi impianti idroelettrici di taglia inferiore a 1 MW connessi al momento costituiscono il 46% del totale. Si segnala la connessione di un impianto da 4,3 MW in Lombardia in provincia di Cremona.

Grazie ad un nuovo processo sintetico è stato creato un elettrolita di solfuro solido dotato della più alta conduttività per gli ioni di sodio più alta mai registrata. Circa 10 volte superiore a quella richiesta per l'uso pratico

Batterie al Sodio allo Stato Solido più facili da Produrre

La batterie allo stato solido incarnano a tutti gli effetti il nuovo mega trend dell’accumulo elettrochimico. E mentre diverse aziende automobilistiche tentano di applicare questa tecnologia agli ioni di litio, c’è chi sta percorrendo strade parallele. É il caso di alcuni ingegneri dell’Università Metropolitana di Osaka, in Giappone. Qui i professori Osaka Atsushi Sakuda e Akitoshi Hayash hanno guidato un gruppo di ricerca nella realizzazione di batterie al sodio allo stato solido attraverso un innovativo processo di sintesi.

Batterie a Ioni Sodio, nuova Frontiera dell’Accumulo

Le batterie al sodio (conosciute erroneamente anche come batterie al sale) hanno conquistato negli ultimi anni parecchia attenzione da parte del mondo scientifico e industriale. L’abbondanza e la facilità di reperimento di questo metallo alcalino ne fanno un concorrente di primo livello dei confronti del litio. Inoltre l’impegno costante sul fronte delle prestazioni sta portando al superamento di alcuni svantaggi intrinseci, come la minore capacità. L’ultimo traguardo raggiunto in questo campo appartiene ad una ricerca cinese che ha realizzato un unità senza anodo con una densità di energia superiore ai 200 Wh/kg.

Integrare questa tecnologia con l’impiego di elettroliti solidi potrebbe teoricamente dare un’ulteriore boost alla densità energetica e migliorare i cicli di carica-scarica (nota dolente per le tradizionali batterie agli ioni di sodio). Quale elettrolita impiegare in questo caso? Quelli di solfuro rappresentano una scelta interessante grazie alla loro elevata conduttività ionica e lavorabilità. Peccato che la sintesi degli elettroliti solforati non sia così semplice e controllabile. Il che si traduce in un’elevata barriera per la produzione commerciale delle batterie al sodio allo stato solido.

Un Flusso di Polisolfuro reattivo

É qui che si inserisce il lavoro del team di Sakuda a Hayash. Gli ingegneri hanno messo a punto un processo sintetico che impiega sali fusi di polisolfuro reattivo per sviluppare elettroliti solidi solforati. Nel dettaglio utilizzando il flusso di polisolfuro Na₂S_x come reagente stechiometrico, i ricercatori hanno sintetizzato due elettroliti di solfuri di sodio dalle caratteristiche distintive, uno dotato della conduttività degli ioni di sodio più alta al mondo (circa 10 volte superiore a quella richiesta per l’uso pratico) e uno vetroso con elevata resistenza alla riduzione.

“Questo processo è utile per la produzione di quasi tutti i materiali solforati contenenti sodio, compresi elettroliti solidi e materiali attivi per elettrodi“, ha affermato il professor Sakuda. “Inoltre, rispetto ai metodi convenzionali, rende più semplice ottenere composti che mostrano prestazioni più elevate, quindi crediamo che diventerà una metodologia mainstream per il futuro sviluppo di materiali per batterie al sodio completamente allo stato solido“.  I risultati sono stati pubblicati su Energy Storage Materials and Inorganic Chemistry .

Un gruppo di scienziati della Lehigh University ha sviluppato un materiale dotato di una efficienza quantistica esterna di 90 punti percentuali sopra quella delle celle solari tradizionali

Nuovo materiale quantistico con un assorbimento solare medio dell’80%

Atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. Questa la ricetta messa a punto dai fisici Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma nei laboratori della Lehigh University, negli Stati Uniti, per dare una svecchiata alla prestazioni delle celle solari. Il duo di ricercatori ha così creato un nuovo materiale quantistico dalle interessanti proprietà fotovoltaiche. Impiegato come strato attivo in una cella prototipo, infatti, il nuovo materiale ha mostrato un assorbimento solare medio dell’80%, un alto tasso di generazione di portatori fotoeccitati e un’efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%. Secondo gli scienziati il risultato raggiunto supera di gran lunga il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio e spinge il campo dei materiali quantistici per il fotovoltaico a nuovi livelli. 

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L’efficienza quantistica esterna

Tocca fare una precisazione. L’efficienza quantistica esterna non va confusa con l’efficienza di conversione, il dato più celebre quando si parla di prestazioni solari. L’EQE rappresenta il rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti ad una precisa lunghezza d’onda. 

Nelle celle solari tradizionali, l’EQE massimo è del 100%, tuttavia negli ultimi anni alcuni materiali e configurazioni avanzate hanno dimostrato la capacità di generare e raccogliere più di un elettrone da ogni fotone ad alta energia incidente, per un efficienza quantistica esterna superiore al 100%. Il risultato di Kastua e Ekuma, però, rappresenta un unicum nel settore.

Celle solari a banda intermedia

Per il loro lavoro due fisici sono partiti da un campo particolare della ricerca fotovoltaica. Parliamo delle celle solari a banda intermedia (IBSC – Intermediate Band Solar Cells), una tecnologia emergente che ha il potenziale per rivoluzionare la produzione di energia pulita. In questi sistemi la radiazione solare può eccitare i portatori dalla banda di valenza a quella di conduzione, oltre che direttamente, anche in maniera graduale. Come?  “Passando” per l’appunto attraverso stati di una banda intermedia, livelli energetici specifici posizionati all’interno della struttura elettronica di un materiale creato ad hoc. “Ciò consente a un singolo fotone di provocare generazioni multiple di eccitoni attraverso un processo di assorbimento in due fasi“, scrivono i due ricercatori sulla rivista Science Advances.

Nel nuovo materiale quantistico creato dagli scienziati della Lehigh University questi stati hanno livelli di energia all’interno dei gap di sottobanda ideali. Una volta testato all’interno di una cella fotovoltaica prototipale il materiale ha mostrato di poter migliorare l’assorbimento e la generazione di portatori nella gamma dello spettro dal vicino infrarosso alla luce visibile. 

La rivoluzione dei materiali quantistici

Il duo ha sviluppato il nuovo materiale sfruttando i “gap di van der Waals”, spazi atomicamente piccoli tra materiali bidimensionali stratificati. Questi spazi possono confinare molecole o ioni e gli scienziati dei materiali li usano comunemente per inserire, o “intercalare”, altri elementi per ottimizzare le proprietà dei materiali. Per la precisione hanno inserito atomi di rame tra strati di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. “Rappresenta un candidato promettente per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza di prossima generazione – ha sottolineato Ekuma – che svolgeranno un ruolo cruciale nell’affrontare il fabbisogno energetico globale“.