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La crisi economica globale, innescata dalla pandemia di Coronavirus e la crisi ambientale e sociale ancora più profonda dovuta ai molteplici effetti dei cambiamenti climatici e alle loro cause, richiedono soluzioni adeguate alla scala dei problemi da risolvere.
Ricerca e Innovazione (R&I) devono essere in prima linea per dare il proprio contributo. La transizione energetica dai combustibili fossili alle energie rinnovabili è una delle azioni più urgenti ed efficaci per ridurre le emissioni di gas serra e contrastare il riscaldamento globale anche tramite la produzione di idrogeno “green”.
Il fotovoltaico è una parte fondamentale della soluzione, come riconosciuto anche nel Piano Italiano Integrato per l’Energia e il Clima (Pniec) nel quale è previsto di triplicare la generazione di energia elettrica da fonte solare entro il 2030, obiettivo che dovrà essere di molto incrementato alla luce dei nuovi target del Green Deal varato dalla Commissione Europea a settembre 2020.
Chi si occupa di R&I ritiene che, per affrontare le cause dei cambiamenti climatici e i problemi sociali e ambientali che ne derivano, sia necessario un cambiamento di paradigma in termini di ambizione, strategia, organizzazione e investimenti pubblici e privati.
In altre parole, un approccio concertato e cooperativo, in linea con lo spirito delle “mission” di Horizon Europe, è essenziale per raggiungere soluzioni sulla stessa scala dei problemi che stiamo affrontando. Negli ultimi tre anni questo concetto è stato sviluppato da tutta la comunità fotovoltaica, in un programma collaborativo la cui struttura e priorità hanno costituito la base del contributo italiano al piano di attuazione del SET Plan per il settore fotovoltaico, approvato alla fine del 2017.
Il lavoro è stato coordinato da un team di accademici e ricercatori delle organizzazioni pubbliche di ricerca, che operano nell’Alleanza Europea per la Ricerca Energetica (Eers), nella Piattaforma Tecnologia Europea per il Fotovoltaico (Etip-Pv) e nel gruppo di lavoro del SET Plan sul fotovoltaico, sotto la supervisione dei rappresentanti italiani nel Comitato direttivo Eu del SET Plan.
Il SET Plan entra nella sua fase di effettiva attuazione in cui gli Stati membri, a partire dalla Conferenza Europea di Berlino (23-24 novembre 2020), sono invitati a tradurre le priorità contenute nei piani di attuazione, compreso il fotovoltaico, in progetti e investimenti nazionali.
Lo sforzo di attuazione è anche sostenuto e monitorato dalla Commissione Europea che, nel caso del settore fotovoltaico, sta finanziando a questo scopo il progetto PV Impact (Csa, Horizon 2020).
Per gli Stati membri come l’Italia, che hanno aderito a Mission Innovation e all’impegno di raddoppiare in 5 anni la spesa pubblica per l’innovazione nell’energia pulita, anche la portata delle azioni del piano attuativo dovrebbe essere coerente con questo impegno.
Purtroppo, l’Italia non ha ancora un programma specifico per finanziare R&I sul fotovoltaico, nell’ambito di un chiaro programma strategico legato a obiettivi tecnologici, economici e ambientali.
Nel corso del lavoro di preparazione del Piano di Attuazione, la comunità italiana di R&I ha discusso con i principali stakeholder industriali del settore fotovoltaico al fine di identificare una serie coerente di azioni in grado di innescare e sostenere la rinascita di una catena del valore dell’industria fotovoltaica italiana, contribuire agli obiettivi del Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima e anche alla ripresa economica del Paese, dalla crisi causata dal lockdown. La maggior parte di queste iniziative sono state sostenute da PV Impact.
Questi sono gli obiettivi chiave delle azioni proposte dalla rete R&I italiana del settore fotovoltaico a seguito della consultazione, e contenuto in un documento intitolato “Un Piano Strategico di Ricerca e Innovazione per Rilanciare il Settore Fotovoltaico Italiano e Contribuire agli Obiettivi del Piano Nazionale Energia e Clima”:
- rilancio dell’industria fotovoltaica italiana ed europea fondato sull’innovazione, e lungo tutta la catena del valore;
- nascita e sviluppo di nuove filiere multisettoriali per lo sviluppo e la fabbricazione di prodotti innovativi con una funzione fotovoltaica integrata (componenti di edifici, veicoli, serre, ecc.);
- sviluppo delle Comunità Energetiche e della generazione distribuita di energia elettrica mediante l’uso intelligente del fotovoltaico;
- massimizzazione della sinergia fra le organizzazioni italiane di R&I che operano nel settore fotovoltaico, al fine di promuovere azioni collaborative lungo tutta la scala Trl, rendere più efficace il trasferimento tecnologico e convogliare la progettualità verso obiettivi ad alta priorità e ad alto impatto industriale e sociale.
Il programma proposto è articolato in tre tipi di strumenti in sinergia:
- progetti strategici nazionali in cui i migliori gruppi di ricerca pubblica e privata di tutto il Paese collaborino per raggiungere gli obiettivi di R&I fissati nel piano attuativo del SET Plan, nello spirito delle “mission” di Horizon Europe;
- un laboratorio nazionale diffuso di ricerca e sviluppo sul fotovoltaico, ottenuto mettendo a sistema i laboratori di imprese e di organizzazioni pubbliche di ricerca, tecnopoli regionali e altri, allo scopo di raggiungere la massa critica necessaria per affrontare le più importanti sfide tecnologiche su una scala di tempi compatibile con l’urgenza della crisi prodotta dai cambiamenti climatici;
- due centri nazionali per la prototipazione industriale (da realizzare), uno dedicato al fotovoltaico per grandi impianti (utility-scale) di distribuzione di energia in rete, e uno al fotovoltaico integrato in edifici o altri prodotti e finalizzato principalmente all’autoconsumo; questi centri sono concepiti esclusivamente per lo sviluppo, su scala industriale, di prototipi di prodotto e di nuovi processi di produzione.
I progetti strategici nazionali hanno lo scopo di massimizzare lo sforzo verso i principali obiettivi scientifici, tecnologici e di innovazione propedeutici alla competitività del settore fotovoltaico nazionale ed europeo, ma anche di accelerare lo sviluppo di soluzioni tecnologiche in grado di realizzare la transizione energetica verso le fonti di energia rinnovabile nei tempi previsti dai piani internazionali sottoscritti dall’Italia.
Ricerca diffusa
Il laboratorio nazionale diffuso (punti verdi e gialli in figura 1) è l’infrastruttura chiave per l’esecuzione dei progetti strategici, ma è stato anche concepito per diventare l’interlocutore naturale per l’industria fotovoltaica, le cui road map di sviluppo di nuovi prodotti richiedono risposte rapide, alto livello di coordinamento e massa critica.
Per realizzare questi obiettivi, la comunità italiana di R&I del settore fotovoltaico ha creato una mappa dettagliata delle strutture di Ricerca e Sviluppo presenti nei laboratori pubblici e privati di tutta Italia.
Fin qui ne sono state censite oltre 40 appartenenti ad università, enti pubblici di ricerca ed imprese del settore.
La mappa include informazioni sulle principali applicazioni fotovoltaiche a cui ogni struttura è dedicata, il Trl delle attuali attività di R&I e gli elementi di unicità di ogni struttura in termini di competenza, capacità tecnologiche e innovazione.
Fra i laboratori censiti alcuni (punti gialli in figura) sono già riconosciuti come riferimenti nazionali e internazionali per specifiche tematiche di ricerca sul fotovoltaico e sono quindi in grado di svolgere il ruolo di hub e di nodi strategico organizzativi per la rete.
La loro strutturazione in cluster costituirà un’infrastruttura (F3) di fondamentale importanza per il funzionamento del laboratorio diffuso e per il rilancio della ricerca italiana in questo settore. Dopo aver collaborato fino alla convalida o alla dimostrazione di una tecnologia (Trl 5-6), le industrie e il Laboratorio Fotovoltaico Diffuso diventerebbero utilizzatori congiunti dei centri nazionali di prototipazione industriale (F1 e F2) a partire dalla fase di prototipizzazione di nuovi prodotti e processi (Trl 7) fino alla dimostrazione finale della produzione competitiva (Trl 9).
La proposta di realizzazione di questi centri nasce, ovviamente, dalla constatazione dell’esistenza di un tessuto industriale presente sul territorio nazionale, che sta investendo in capacità produttiva nell’ambito del settore fotovoltaico, o in settori collegati ed è quindi in grado, sia di beneficiare di questa opportunità che di portare valore aggiunto ai centri.
Per quanto riguarda il fotovoltaico “utility scale”, il sito di produzione di celle solari e moduli di Enel Green Power (Egp) a Catania è quello in più in rapida espansione in Europa, si basa su una tecnologia innovativa e, soprattutto, su una roadmap tecnologica che mira a raggiungere a breve un’efficienza di conversione della luce superiore al 25%, con moduli di potenza superiore a 500 W. Una struttura di prototipazione indipendente (F1) situata accanto alla fabbrica di Egp e al relativo Innovation Hub & Lab creerebbe un ecosistema simile ad altri casi di partnership di successo nel mondo tra l’industria fotovoltaica e gli istituti di ricerca.
Centro nazionale
Un centro nazionale di prototipazione industriale per il fotovoltaico integrato e per la generazione distribuita (F2) richiede, invece, un approccio radicalmente diverso rispetto allo sviluppo di prodotti destinati ai parchi fotovoltaici.
L’integrazione di una componente o funzione fotovoltaica in prodotti come finestre, elementi di facciata o coperture, come lo sviluppo di interconnessioni elettriche e di soluzioni per la gestione termica, un design estetico accettabile, la sicurezza, la facilità e i costi di installazione e di gestione, sono aspetti più importanti e gravosi dello sviluppo di un modulo fotovoltaico convenzionale.
Eurac Research di Bolzano ha aperto la strada a questo approccio multi-tecnologico insieme a partner industriali del settore edilizio a livello regionale. Questa esperienza può essere efficacemente estesa a livello nazionale per diventare uno dei primi centri di prototipazione industriale su larga scala di questo tipo in Europa.
La Tabella 1 riassume le principali azioni strategiche del programma proposto, suddivise tra le due attività in cui è articolato il contributo italiano al Piano di attuazione del SET Plan.
La Tabella 2 sintetizza invece gli obiettivi specifici e l’impatto che le misure proposte possono avere sul piano economico ed occupazionale, sul piano tecnologico e, non ultimo, su quello del contributo del fotovoltaico alla decarbonizzazione del settore energetico italiano senza ulteriore consumo di suolo.
La Comunità italiana di R&I sul fotovoltaico ritiene che questo piano sia in grado di stimolare un circolo virtuoso in cui industria, istituzioni, ricerca e innovazione possano efficacemente sostenersi a vicenda per contribuire anche ai nuovi, e più ambiziosi, obiettivi del Green Deal Europeo.
Questo circolo virtuoso ha bisogno di investimenti per essere innescato, ma può contare su varie driving force per arrivare rapidamente ad autosostenersi. Fra queste il costo (Lcoe) già competitivo e tuttora decrescente dell’energia da fotovoltaico, la nascita delle comunità energetiche, le tecnologie innovative per l’integrazione del fotovoltaico nell’ambiente costruito e l’ampio capitolo sulle normative che, auspicabilmente, includeranno presto anche il repowering degli impianti fotovoltaici esistenti.
L’articolo è stato pubblicato sul n.4/2020 della rivista bimestrale QualEnergia con il titolo “Innovare il Sole”
