Facciamo il punto sul fotovoltaico: dati e stato dell’arte

Grafici e tabelle curati dal Fraunhofer per capire l’evoluzione del fotovoltaico e la situazione attuale della tecnologia. In 10 anni l'efficienza media dei moduli è aumentata dal 12 al 17%; in 25 anni il prezzo di un impianto è crollato del 90% e per ogni raddoppio dell’installazione il prezzo dei moduli è sceso del 24%.

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A che punto siamo nel comparto fotovoltaico?

Molti sono i fatti accaduti negli ultimissimi anni che hanno spinto ad una rapida evoluzione della tecnologia. Tutti i parametri del FV, come sappiamo, cambiano rapidamente e già nel prossimo autunno potrebbero essere superati da nuovi fattori e novità. Ma la velocità con cui si modificano dimostra, al tempo stesso, come questa tecnologia sarà il fulcro del sistema energetico del futuro.

A darci un notevole contributo per fare un quadro della situazione è il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems che, in collaborazione con PSE AG, ha pubblicato da poco un report (Photovoltaics Report), con moltissimi grafici e tabelle che ci aiutano a capire non solo la recente e meno recente evoluzione della tecnologia, che QualEnergia.it segue ormai da oltre un decennio, ma anche alcuni fattori che potrebbero essere utili agli operatori per capire l’andamento del mercato dei prossimi mesi e anni.

Partiamo dalla prima tabella, più riassuntiva, e che fornisce una fotografia e una dimensione del mercato FV globale a fine 2016, con i suoi 320 GW installati.

Il tasso composto di crescita annuale della potenza FV installata è stato del 40% tra il 2010 e il 2016.

Nel 2016 l’Europa contribuiva al totale della potenza installata per il 33% (era al 40% nel 2015). Per la Cina questa quota è salita al 26%, dal 21% del 2015.

La produzione di moduli FV nel 2016 (75 GW) ha visto la leadership dell’accoppiata Cina e Taiwan che detenevano il 68% della produzione, seguite dal resto dei Paesi asiatici con il 14%; Stati Uniti e Canada coprono il 6% del mercato, mentre l’Europa scende al 4% (era al 5% nel 2015).

Il 94% della tecnologia fotovoltaica è rappresentato dal silicio cristallino. La quota del policristallino è circa il 70% del totale. I film sottili coprono il restante 6% del mercato.

Ecco un grafico che spiega l’andamento della produzione e delle diverse tecnologie FV dal 1980 ad oggi.

 

Qui un dato scorporato per la tecnologia a film sottile, dominata dal tellururo di cadmio.

Per le celle al silicio monocristallino il record di efficienza in laboratorio è oggi del 26,7%, per quelle policristalline siamo al 21,9%.

Per i film sottili il record di laboratorio è di 21,7% per la tecnologia CIGS (al seleniuro di rame indio gallio) e al 21% per le celle al tellururo di cadmio (CdTe).

Negli ultimi dieci anni, l’efficienza media dei moduli commerciali al silicio è aumentata dal 12 al 17% (quelli monocristrallini di efficienza molto elevata arrivano oggi al 21%).

Sempre nello stesso lasso di tempo i moduli CdTe sono passati da un’efficienza del 9% al 16%.

Ovviamente in laboratorio le performance dei moduli sono più elevate: per il mono arrivano al 24,4%.

Oggi il record di laboratorio per il FV è per le celle ad alta concentrazione multi-giunzione che hanno raggiunto il 46%; per i moduli si scende a un’efficienza del 38,9%.

Un aspetto da tenere in grande considerazione è la riduzione del materiale utilizzato per la fabbricazione delle celle FV: negli ultimi 12 anni si è passati da 16 grammi per watt di picco a meno di 6 grammi, grazie all’innovazione tecnologica che ha incrementato l’efficienza e a wafer sempre più sottili.

Il tempo di ritorno energetico dei sistemi fotovoltaici (Energy Payback Time), che dipende ovviamente dal sito di installazione, non supera i 2 anni e mezzo (Nord Europa), ma scende sotto l’anno e mezzo nei paesi del Sud Europa.

Un impianto con moduli policristallini in Sicilia ha un EPT di un anno circa (vedi grafico sotto). Quindi se stimiamo, in modo piuttosto conservativo, che la loro vita utile sarà di 20 anni, vuol dire che questi moduli generanno 20 volte più energia di quanto è stato necessario per costruirli. L’EPT per impianti fotovoltaici a concentrazione nel Sud Europa si stimano in meno di un anno.

Per quanto concerne i prezzi degli impianti FV su tetto il calo è stato veramente impressionante: in Germania ad esempio per impianti tra 10 e 100 kWp si è passati da 14.000 €/kWp del 1990 a 1.270 €/kWp del 2016.

Ciò vuol dire che in un lasso di tempo di 25 anni il prezzo è diminuito del 90% circa, cioè al tasso medio composto del 9% ogni anno.

Altro fattore significativo è il costo dell’elettricità solare comparato con quello pagato alla rete sia per le famiglie che per le industrie. Nel grafico si dimostra che almeno da tre o quattro anni si è in grid parity, almeno seguendo la situazione in Germania.

Negli ultimi 36 anni il prezzo dei moduli FV è diminuito del 24% per ogni raddopio della produzione cumulativa mondiale. Nel grafico la curva di apprendimento del fotovoltaico.

Oggi un modulo cristallino in Europa ha un prezzo intorno ai 45 cent€/Wp, mentre all’inizio del 2013 era intorno ai 1,07 €/Wp: in soli 3 anni e mezzo il prezzo è crollato del 58% (fonte: PVXChange). Andando a ritroso ricordiamo che a gennaio del 2010 un modulo in Europa si pagava intorno ai 2 €/Wp.

Qualche dato sugli inverter

L’efficienza degli inverter è ormai del 98% e oltre. La quota di mercato degli inverter di stringa pe rimpianti residenziali e di taglia media è del 42%.

Quelli cosiddetti “centralizzati”, che si inserisocno in sistemi di grande taglia e utility scale, oggi rappresentano una quota del mercato pari al 54%. Solo l’1% del mercato degli inverter è coperto dai micro-inverter, usati a livello di singolo modulo.

Nel 2016 sono stati installati circa 2 GW di potenza di convertitori CC/CC (ottimizzatori).

Pr quanto riguarda i prezzi di vendita medi siamo nell’ordine di 12 cent€ per watt di picco (dato per la Germania); gli inverter centralizzati sono generalmente più economici di quelli di stringa.

La nuova tendenza degli inverter è di avere incorporati delle unità di accumulo e di utilizzare semiconduttori innovativi al carburo di silicio (SiC) o al nitruro di gallio (GaN) che li rendono più efficienti e dal design più compatto.

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