riusa logotype

Riscaldamento globale e pannelli fotovoltaici

I pannelli solari fotovoltaici possono resistere al calore di un mondo in riscaldamento?

Le celle solari hanno bisogno della luce solare per generare elettricità, ma con la luce arriva anche il calore. In un pianeta che si riscalda, gli scienziati avvertono che le temperature potrebbero diventare troppo elevate per consentire ai pannelli solari di funzionare in modo efficiente.

Attualmente, la tecnologia solare fotovoltaica costituisce il 55% di tutta la capacità di energia rinnovabile e continuerà a crescere, secondo un rapporto del 2018 (vedi Rinnovabili: nel 2018 la crescita si è fermata) sullo stato delle energie rinnovabili. È improbabile che il pianeta diventerà troppo caldo per i pannelli solari a breve.

Ma un recente articolo del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha scoperto che per ogni grado di aumento della temperatura in gradi Celsius, la tensione in uscita dei moduli solari diminuisce in media dello 0,45%. Uno scenario di riscaldamento previsto dal gruppo intergovernativo ONU sui cambiamenti climatici stima che la temperatura globale aumenterà di 1,8 gradi Celsius entro il 2100, il che si traduce in una riduzione dell'1%.

Il rapporto calcola che la riduzione media sarà di circa 15 kilowattora (kWh) per installazione, ma in alcune regioni, dove l'aumento della temperatura sarà maggiore, fino a 50 kWh. "Ci sono luoghi in cui la temperatura cresce molto più di 2 gradi," sostiene Tonio Buonassisi del MIT, coautore dello studio con il collega ricercatore di fotovoltaico Ian Marius Peters. Tra queste regioni ci sono gli Stati Uniti meridionali, l'Africa meridionale e l'Asia centrale.

Un calo dell'1% nella generazione di energia solare per pannello potrebbe non sembrare molto, ma se si tiene conto di tutti i pannelli in tutto il mondo, la somma diviene cospicua. Entro il 2100 il solare fornirà almeno il 50% della domanda di energia e a quel punto ci saranno miliardi di pannelli solari con una capacità fotovoltaica installata totale di circa 20 terawatt. Solo l'1% di questo potrebbe essere sufficiente per soddisfare la domanda di energia di un intero paese. Un piccolo effetto su qualcosa di enorme ha comunque un impatto apprezzabile.

La temperatura dell'aria è solo una delle numerose variabili che determinano l'efficienza del pannello solare. Ci sono altri fattori legati al clima, come l'umidità (più acqua c'è nell'aria, meno raggi raggiungono i pannelli, e meno energia viene generata) e polvere.

Dal punto di vista economico, i margini economici estremamente bassi del settore rendono il problema dell'efficienza molto grande. Se si priva un pannello solare dell'1% della produzione di energia, supponiamo che il margine di profitto scenda dal 3% al 2%, si tratta di un calo del 33% delle entrate nette, e questo per molte utility potrebbe essere un problema grave.

Con l'aumentare della dipendenza globale dall'energia solare, sarà necessario installare più pannelli per soddisfare la domanda in rapida crescita. Secondo una stima, il mondo aggiungerà 70.000 pannelli solari ogni anno solo nei prossimi cinque anni. Ciò, notoriamente, richiede molto spazio.

Utilizzando i dati provenienti da impianti solari esistenti, il National Renewable Energy Laboratory ha calcolato nel 2013 che alimentare 1.000 case negli Stati Uniti richiederebbe una centrale solare in grado di generare 1 gigawattora l'anno. Questo richiede un'area di 13 ettari. Difficile trovarli tutti sui tetti (vedi La centrale dell'ecofighetto), quindi stiamo parlando di un evidente consumo di territorio agricolo.

Su scala globale, la quantità di terra necessaria non sembra enorme. Amin Al-Habaibeh, professore di sistemi ingegneristici intelligenti alla Nottingham Trent University in Inghilterra, sostiene che coprire solo una piccola parte del deserto del Sahara con pannelli solari termici genererebbe abbastanza energia per alimentare l'Africa (vedi Le rinnovabili potrebbero salvare il Sahara).

In un'altra stima, l'installazione di pannelli solari su meno dell'1% delle terre coltivate del mondo compenserebbe la domanda globale di energia. Questo è il risultato del recente studio di Higgins sulla rivista Nature, che ha concluso che i pannelli installati in concomitanza di colture agricole trovano il microclima ottimale per generare la maggior quantità di energia fotovoltaica: molta luce solare, temperatura moderata, venti leggeri e bassa umidità. Tutto ciò aumenta l'efficienza fotovoltaica.

Lo studio ha raccolto dati di produzione fotovoltaica a intervalli di 15 minuti da un impianto solare gestito da Tesla presso la Oregon State University.

Cercando di calcolare l'efficienza dei diversi microclimi legati a diversi tipi di terra (terreni agricoli, foreste, terreni urbani, etc.) lo studio ha calcolato una produzione di energia media di 28 watt per metro quadrato su terreno agricolo, il principale che è arrivato primo tra i 17 diversi tipi di terra studiati. La terra sterile si è classificata al quarto posto e le aree urbane al nono posto, con una produzione di energia media di 25 watt per metro quadrato.

La terra è comunque scarsa e lo è sempre di più sotto il cambiamento climatico. Essere adatta a ospitare pannelli non significa che sia anche disponibile. C'è un dibattito in corso sulla concorrenza fondiaria e i diritti fondiari quando si tratta di trovare spazio per i pannelli solari. In California, ad esempio, le tribù di nativi americani cercarono di proteggere le loro terre sacre contro un grande impianto solare, che alla fine fu costruito nel deserto del Mojave.

C'è pure il fatto che la crescita della popolazione mondiale richiede più cibo, e la sicurezza alimentare è già minacciata in un mondo caldo. Per alimentare i 9,1 miliardi di persone attese nel mondo entro il 2050, la produzione alimentare dovrebbe aumentare del 70%, secondo le proiezioni delle Nazioni Unite.

Higgins e i suoi pensano che i sistemi agrovoltaici, in cui i pannelli sono installati su terreni agricoli e sollevati abbastanza in alto da terra per consentire alle colture di crescere intorno e al di sotto di essi, siano una potenziale vittoria per entrambe le parti.

Questo tipo di sistema viene utilizzato in luoghi come la Francia e il Giappone. Secondo il MIT, in un rapporto del sito web Civil Eats, i ricercatori hanno scoperto che peperoni, broccoli e bietole sono cresciuti fino a circa il 60% rispetto al volume che avrebbero raggiunto in pieno sole, mentre i pannelli hanno prodotto metà dell'energia per ettaro rispetto a un sistema tradizionale. Ma i ricercatori affermano che il sistema si ripagherà da solo in circa otto anni in termini di risparmio energetico. Altri ricercatori affermano che le colture potrebbero persino crescere meglio con il doppio sistema, in particolare con il progresso della tecnologia.

Scrivi un commento