Energie rinnovabili

La transizione energetica verso le fonti rinnovabili – Dal globale al localeenergie
Il benessere economico di cui beneficiano le società avanzate, il funzionamento del loro sistema produttivo e di trasporto, si fondano sull'impiego di energia proveniente in massima parte da combustibili fossili.
Il continuo aumento della domanda energetica, da parte sia delle nazioni industrializzate che soprattutto delle economie emergenti come Cina ed India, e l'inevitabile ridursi delle riserve di queste risorse energetiche non rinnovabili pongono un serio problema di approvvigionamento per il futuro che è anche la causa principale degli attuali conflitti e tensioni internazionali.
Secondo le proiezioni e gli scenari elaborati dalle stesse compagnie petrolifere e da autorevoli istituti di ricerca, il picco della produzione e delle riserve di petrolio dovrebbe essere raggiunto intorno al 2020-2030, dopodiché la disponibilità del greggio comincerà a ridursi seguendo una curva di esaurimento sempre più accelerata.

 

Il quadro di riferimento
Ai problemi geopolitici ed economici, legati all'acquisizione e allo sfruttamento di una risorsa energetica destinata ad esaurirsi, si aggiungono quelli di natura ambientale connessi con il suo utilizzo. Al livello della comunità scientifica, vi è ormai generale consenso sul fatto che le emissioni di anidride carbonica derivanti dall'ingente consumo di combustibili fossili contribuiscono a modificare la composizione dell'atmosfera provocando un'intensificazione dell'effetto serra e un conseguente aumento globale delle temperature.
Queste considerazioni stanno portando in primo piano la necessità di attuare in tempi brevi, attraverso scelte politiche strategiche e programmi di azione incisivi, una transizione verso un sistema energetico che, grazie al significativo contributo delle fonti rinnovabili, consenta di diminuire progressivamente la dipendenza dai combustibili fossili3 e di ridurre al contempo le emissioni di anidride carbonica ed i rischi di cambiamento climatico che ne possono derivare. Perché questa transizione energetica possa avvenire entro tempi utili, ovvero prima dell'esaurimento delle risorse fossili, l'IEA (International Energy Agency) prevede che al 2020 le Fonti Energetiche Rinnovabili (FER) debbano coprire almeno il 20% della produzione mondiale di energia elettrica e che al 2050 debbano arrivare a fornire il 50% della produzione mondiale di energia primaria.
A livello europeo, la Commissione ha predisposto nel 1998 un Libro Bianco che indica nella promozione e nello sviluppo delle FER un obiettivo comunitario strategico da perseguire per "motivi di sicurezza e diversificazione dell'approvvigionamento energetico, protezione dell'ambiente e coesione economica e sociale". In coerenza con la linea programmatica tracciata dal Libro Bianco, nel 2001 è stata emanata una direttiva (DIR 2001/77/CE) per la promozione dell'energia elettrica prodotta da FER. Tale direttiva riconosce che il potenziale di sfruttamento delle FER nella Comunità è attualmente sottoutilizzato e pone come obiettivo globale da raggiungere entro il 2010 una produzione del 12% del consumo interno lordo di energia e una quota del 22% del consumo totale di elettricità.
Il prospettato sviluppo delle FER, oltre a ridurre la dipendenza energetica, dovrebbe consentire l'adempimento degli impegni presi con l'approvazione del protocollo di Kyoto che prospetta, per il periodo 2008-2012, una riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra pari all'8% rispetto al livello del 1990. Al fine di rafforzare l'azione comunitaria in tale direzione, è stata successivamente emanata una nuova direttiva (DIR 2003/87/CE) che istituisce un sistema per lo scambio di quote di emissioni dei gas a effetto serra e che dovrebbe ulteriormente favorire la produzione di energia da FER.
Il contesto di norme e di obiettivi delineato in ambito comunitario sta gradatamente trovando riscontro a livello nazionale. Con il D.Lgs. 79/99 si è dato avvio alla liberalizzazione del mercato elettrico ponendo l'obbligo per i gestori della rete di connettere tutti i soggetti che ne facciano richiesta, in un quadro di servizio pubblico volto a favorire l'uso razionale dell'energia e delle fonti rinnovabili. In particolare, a partire dal 01/01/2002, tutti i produttori italiani di energia elettrica (EE) da fonte convenzionale sono obbligati ad immettere in rete almeno un 2% di EE prodotta da fonti rinnovabili, ovvero ad acquistare i Certificati Verdi (CV), titoli annuali attribuiti all'EE da fonti rinnovabili il cui valore viene determinato dal mercato e la cui durata è pari a 8 anni. Con il successivo D.Lgs. 287/2003, che recepisce la citata direttiva sulle FER, la quota minima del 2% è stata incrementata dello 0,35% annuo per il periodo compreso tra il 2004 e il 2006.
E' stato inoltre stabilito che le opere per la realizzazione e l'esercizio degli impianti alimentati da FER sono "di pubblica utilità, indifferibili ed urgenti" [art. 12, c. 1].
Anche a livello regionale sono stati predisposti strumenti normativi e di programmazione per la promozione e lo sviluppo delle FER. La riforma del titolo V della Costituzione ha infatti individuato nell'energia una delle materie da trattare con legislazione concorrente tra Stato e Regioni, affidando a queste ultime competenze in materia di autorizzazione degli impianti e di programmazione energetica sul proprio territorio.
Le fonti rinnovabili
Secondo i vari riferimenti normativi comunitari, nazionali e regionali per FER si intendono fonti di energia non fossili quali l'energia solare, eolica, geotermica, del moto ondoso, idraulica, i gas di discarica, i gas residuati dai processi di depurazione, le biomasse11. Rispetto ai combustibili fossili, le FER sono risorse a bassa intensità energetica che hanno però il pregio di essere generalmente diffuse e di presentarsi disponibili, in una medesima area, sotto svariate forme. L'effettivo potenziale di sfruttamento varia comunque in funzione delle zone geografiche e climatiche e degli usi del territorio.
Grande rilievo è stato inoltre dato al risparmio energetico passivo, soprattutto negli edifici e nelle utenze domestiche. Pur non essendo una fonte di energia vera e propria, il risparmio energetico viene qui trattato come una quarta fonte di energia rinnovabile in grado, se adeguatamente promossa e "sfruttata", di ridurre notevolmente la dipendenza da combustibili fossili. L'energia idroelettrica non è stata invece approfondita in considerazione dei ridotti potenziali di sfruttamento dei corsi d'acqua provinciali.
Di seguito per ciascuna fonte, compreso il risparmio energetico, viene fornita una descrizione generale e uno stato di fatto per quanto riguarda la loro diffusione in ambito comunitario e nazionale e vengono quindi evidenziate le potenzialità del territorio provinciale, gli ostacoli di varia natura che ne impediscono o ritardano lo sfruttamento, le linee d'intervento sulle quali si dovrebbe concentrare l'azione della Provincia per favorirne la valorizzazione e lo sviluppo in linea con le più avanzate realtà europee.

Le biomasse
Secondo il Libro Bianco della Commissione Europea sulle energie rinnovabili "la produzione combinata di calore ed elettricità con utilizzo di biomassa presenta il potenziale maggiore in volume di tutte le energie rinnovabili. Di conseguenza è essenziale una campagna per promuovere e sostenere impianti di bioenergia in tutta l'Unione Europea2". Il Libro Bianco ritiene possibile triplicare al 2010 l'attuale contributo energetico di 44,8 milioni di Tep (tonnellate di petrolio equivalente). Anche il Piano Energetico Regionale (PER) attribuisce un ruolo preminente allo sfruttamento delle biomasse in vista del raddoppio della produzione di energia elettrica da FER previsto per il 2010.
Conformemente alle definizioni della normativa vigente, con il termine biomassa si intende un vasto spettro di materia organica, sia vegetale che animale, che comprende la parte biodegradabile dei prodotti e dei residui provenienti dall'agricoltura, dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani. Il recupero energetico, sotto forma di energia elettrica, carburante o calore, può avvenire attraverso svariate modalità tecnologiche e con differenti scale impiantistiche e produttive in funzione della tipologia di biomassa disponibile. Le forme di recupero energetico da biomassa che sembrano presentare le maggiori potenzialità a livello di sfruttamento diffuso sono sostanzialmente due:
• la produzione di biogas mediante la digestione anaerobica dei reflui zootecnici e dei residui di lavorazione delle aziende agroalimentari
• la produzione di calore attraverso combustibili legnosi derivanti da attività di manutenzione e gestione agro-forestale

Biogas da digestione anaerobica
Con il termine biogas si intende una miscela gassosa composta principalmente da metano e anidride carbonica, con una concentrazione di metano variabile dal 50 all'80%. Il biogas è un derivato della fermentazione anaerobica della sostanza organica e può essere artificialmente prodotto attraverso sistemi di condizionamento quali discariche chiuse o veri e propri "reattori", chiamati comunemente digestori, che sono l'oggetto di approfondimento del presente capitolo.
Le biomasse che possono essere avviate alla digestione anaerobica sono svariate:
• liquami zootecnici;
• fanghi di depurazione; scarti e reflui vegetali ed animali dell'industria agroalimentare;
• siero da latte;
• colture energetiche (mais, legumi, barbabietole);
• residui colturali;
• rifiuti organici urbani e industriali.
Particolarmente produttive, in termini energetici, sono le biomasse ricche di proteine e lipidi come il siero o i grassi flottanti raccolti nelle industrie di lavorazione delle carni. Il processo di fermentazione/digestione può avvenire utilizzando un'unica tipologia di biomassa (ex: liquami zootecnici), ovvero miscele diverse che ottimizzano il rendimento energetico (ad esempio liquami in miscela con scarti agroindustriali). In questo secondo caso si parla di codigestione anaerobica. Il biogas ottenuto da questi processi fermentativi può essere accumulato e quindi convertito in energia termica e in energia elettrica attraverso appositi co-generatori di potenza variabile in funzione dei volumi prodotti.
Parte dell'energia recuperata viene utilizzata per il mantenimento del reattore e per il miglioramento delle sue prestazioni; il surplus può essere ceduto all'esterno attraverso l'allaccio alla rete, nel caso dell'elettricità, o tramite teleriscaldamento, nel caso del calore. L'elettricità può essere venduta ai prezzi di mercato e, soprattutto, beneficiare degli incentivi per la produzione da fonti rinnovabili previsti dalla normativa nazionale.
Oltre a consentire il recupero diretto di energia rinnovabile sotto forma di biogas, la digestione anaerobica comporta numerosi altri benefici indiretti di carattere economico, energetico ed ambientale sia a scala locale che a scala globale. A scala globale, la raccolta e l'utilizzo del biogas permette di ridurre notevolmente le emissioni in atmosfera di metano (gas che rientra nell'elenco di quelli ad effetto serra individuati dal Protocollo di Kyoto) ed ammoniaca (gas ritenuto responsabile delle piogge acide).
A scala locale, il trattamento anaerobico delle biomasse di scarto può facilitarne la gestione e il riutilizzo in agricoltura esaltandone il valore agronomico e riducendo al contempo i rischi di inquinamento del suolo e dell'acqua connessi con la pratica dello spandimento sul terreno. Il prodotto finale della fermentazione anaerobica è infatti un materiale organico stabilizzato, pressoché inodore, ricco di elementi nutritivi, con bassa o nulla carica batterica, che può essere utilizzato come fertilizzante/ammendante in maniera più sicura e agronomicamente più efficiente ed appropriata rispetto ad un normale liquame o fango tal quale.
Stato di diffusione
Secondo recenti stime, il recupero energetico da biogas nei paesi UE per l'anno 2002 è stato pari a circa 2,7 milioni di Tep (Tonnellate equivalenti di petrolio). Il 62% di questo biogas proviene da reattori anaerobici, mentre il rimanente è prodotto da discariche per rifiuti urbani. Nel citato Libro Bianco della Commissione Europea, si calcola che il contributo energetico potenziale derivabile dai gas di discarica e dal trattamento anaerobico di biomasse di scarto superi nei 15 paesi UE gli 80 milioni di Tep. Nello stesso documento, l'obiettivo comunitario di recupero di energia da biogas per il 2010 è stabilito in 15 milioni di Tep, ovvero più di cinque volte l'attuale produzione.
La fermentazione anaerobica come forma di recupero energetico e di trattamento della biomassa risulta particolarmente opportuna in quei territori nei quali esiste una grande produzione di biomasse di scarto "umide" il cui smaltimento risulta dispendioso e problematico dal punto di vista ambientale. Le taglie dimensionali degli impianti e le opzioni tecnologiche sia di trattamento che di produzione energetica variano in funzione delle tipologie di biomassa disponibili e dei quantitativi avviati alla fermentazione.
Tipicamente si possono individuare due tipologie di impianti: piccoli impianti aziendali connessi ad allevamenti zootecnici che trattano principalmente i liquami dell'azienda e in minor misura biomasse di scarto di provenienza extraaziendale; impianti consortili di grandi dimensioni che operano in co-digestione trattando biomasse di scarto provenienti da più centri di produzione.
Negli ultimi anni in Europa si sono affermate entrambe le tipologie di impianti. Grazie a una politica di sostegno finanziario alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili e ad un chiaro quadro normativo di riferimento per il trattamento e lo smaltimento delle biomasse, tali impianti si sono particolarmente diffusi nei paesi del centro e del nord Europa, nonostante i rigori del clima comportino un rendimento, in termini di produzione di biogas, inferiore a quello conseguibile nei paesi mediterranei. Il maggior numero di installazioni in valore assoluto si riscontra in Germania dove nel 2003 si potevano censire circa 2.000
impianti, generalmente di tipo aziendale, per una potenza elettrica installata pari a 250 MW. Tali impianti operano al 94% in co-digestione trattando assieme ai liquami zootecnici aziendali altre biomasse organiche quali scarti dell'agroindustria, scarti domestici e della ristorazione e colture energetiche. In Danimarca sono stati invece realizzati grandi impianti consortili di co-digestione le cui cospicue produzioni di energia elettrica e di calore vengono messe al servizio delle utenze domestiche. Al 2003 erano funzionanti 22 impianti che trattano annualmente circa 1 milione di ton. di liquami zootecnici e 325.000 ton. di residui organici industriali e FORSU. Altre nazioni leader in Europa sia per quantitativi trattati che per produzione di energia da biogas per capite sono la Svezia e l'Austria.
Questo impegno nella produzione di biogas ha fatto sì che tali nazioni siano in poco tempo diventate leader in Europa e nel mondo anche per quanto riguarda la tecnologia impiantistica, ottenendo risultati non trascurabili sul fronte occupazionale L'Italia, dopo essere stata un paese all'avanguardia negli anni '80, in assenza di una convinta politica di sostegno ha col tempo perso terreno e sconta ora un ritardo che si riflette anche a livello normativo. Solo negli ultimi anni sono emersi segnali di una certa inversione di tendenza, soprattutto nelle regioni del Nord e del Centro caratterizzate da elevate concentrazioni di allevamenti suini e bovini e dai connessi problemi di smaltimento e riutilizzo dei liquami.
In Alto Adige, sotto l'influenza del mercato tedesco, si sono diffusi numerosi impianti aziendali e alcuni impianti consortili. In Umbria, Lombardia e Veneto sono invece in costruzione alcuni grandi impianti consortili che operano secondo un ciclo integrato anaerobico-aerobico nel quale gli effluenti del digestore, dopo essere stati trattati per la produzione del biogas, vengono avviati al compostaggio (fase aerobica).

Legno-energia
Le biomasse legnose sono un concentrato di energia solare che da sempre l'uomo ha utilizzato come combustibile, principalmente per la produzione di calore. Con le moderne tecnologie è ora possibile produrre sia calore che elettricità con rendimenti energetici molto più elevati rispetto al passato. Le tipologie di biomasse legnose utilizzabili sono estremamente varie sia per natura che per provenienza e modalità di produzione. Si va dalla legna derivante dai tagli forestali, ai residui della lavorazione industriale del legno, dalle ramaglie delle potature dei frutteti e del verde urbano, alle piantagioni a rotazione veloce (short rotation forestry).
In generale il materiale legnoso avviato alla combustione è disponibile sotto 4 forme: la tradizionale legna da ardere in pezzi; il cippato, scaglie o minuzzoli di dimensioni dell'ordine di alcuni centimetri ricavati dal legno vergine con apposite macchine cippatrici; i pellet, cilindretti di dimensioni centimetriche derivanti da un processo industriale di pressatura e de umidificazione di segatura di legno; le briquettes, cilindri decacentimetrici derivanti dalla pressatura di diversi residui legnosi non trattati. Il combustibile legnoso nelle sue diverse forme può essere bruciato in moderne caldaie a fiamma inversa che, in funzione della potenza, possono essere adibite a coprire i fabbisogni di calore di una o più utenze domestiche o industriali anche attraverso reti di teleriscaldamento. Con appositi impianti di cogenerazione è poi possibile produrre oltre al calore anche energia elettrica, a piccola come a grande scala.
L'utilizzo delle biomasse legnose comporta notevoli benefici ambientali, territoriali e non ultimo sociali ed occupazionali. Se correttamente bruciate, le biomasse legnose producono emissioni comparabili a quelle del gas naturale. Il vantaggio, nei confronti di questo combustibile, già ritenuto il più pulito fra quelli fossili, è che dal punto di vista delle emissioni di CO2, la combustione del legno è sostanzialmente neutra ogni qual volta il tasso di utilizzo della biomassa non supera quello del suo rinnovamento. Da un punto di vista dell'efficienza energetica la produzione e la trasformazione di legno combustibile consuma un terzo dell'energia grigia (l'energia consumata nella produzione di energia) richiesta dal gasolio.
Le biomasse legnose hanno inoltre il pregio di essere diffuse in maniera piuttosto omogenea su tutto il territorio e in particolare nelle zone montane. Soprattutto in queste ultime, la creazione di una filiera legno-energia può avere positive ricadute a livello locale, sia in termini occupazionali, che di gestione e manutenzione del territorio aiutando ad arginare fenomeni di spopolamento e disgregazione del tessuto sociale. Ai benefici sopra evidenziati occorre infine aggiungere quelli economici: a parità di resa calorica il costo delle biomasse legnose, nonostante il mercato non sia ancora del tutto strutturato, risulta già adesso inferiore a quello di molti combustibili fossili utilizzati per il riscaldamento quali il GPL o il gasolio.
Stato di fatto
L'uso energetico della legna ha conosciuto negli ultimi 10 anni un notevole progresso dal punto di vista industriale e tecnologico e può considerarsi ormai una filiera moderna30. In Europa, più della metà dell'energia primaria prodotta dalle energie rinnovabili (81 milioni di Tep) proviene dal settore delle biomasse legnose. Finlandia, Svezia e Austria sono i paesi che hanno la maggiore produzione in rapporto alla popolazione, mentre Francia e Germania hanno i più alti valori in termini assoluti. In particolare la Germania ha conosciuto una notevole crescita del settore pari a + 70% dal 1999.
L'energia primaria prodotta da combustibili legnosi è utilizzata per l'85% sotto forma di calore mentre il rimanente 15% viene convertito in elettricità. La produzione di calore può avvenire sia con le tradizionali stufe che, soprattutto, con moderni generatori di calore, di taglia e potenza variabile, che garantiscono elevati rendimenti e basse emissioni. Il Libro Bianco europeo indica come obiettivo al 2010 una produzione di 100 milioni di Tep, ma l'attuale tendenza fa presupporre che per quella data si supereranno di poco i 70 milioni.
In Italia il consumo di energia primaria da biomasse legnose è di circa 5 milioni di Tep, pari al 27% dell'energia ricavata da fonti rinnovabili. Il 90% di tale consumo è rappresentato da utenze calore, principalmente di carattere domestico e servite per lo più (circa il 78%) da dispositivi tradizionali con bassa efficienza di conversione quali caminetti e stufe. Negli ultimi anni si vanno però diffondendo caldaie di ultima generazione alimentate a pellet e cippato, ma anche a pezzi di legna, che garantiscono migliori rendimenti e soprattutto una maggiore versatilità e automazione nella fase di alimentazione. Spesso questi impianti sono integrati con pannelli solari termici assicurando in questo modo un notevole risparmio di combustibile.
Meno del 10% della biomassa legnosa utilizzata in Italia per scopi energetici viene convertita in energia elettrica attraverso una trentina di impianti di co-generazione, che recuperano e distribuiscono il calore mediante reti di teleriscaldamento. Tali impianti centralizzati di medie e grandi dimensioni, sono concentrati nelle regioni alpine, in particolare in Alto Adige, Lombardia e Piemonte. Essi sono in gran parte alimentati con residui di segherie e di altre industrie di lavorazione del legno; solo una minima quota del combustibile proviene da tagli boschivi locali o da arboricoltura a rapido accrescimento (Short Rotation Forestry). Per quanto ancora relativamente bassa, la produzione di energia elettrica da biomasse legnose risulta comunque in crescita essendo passata da 116.100 MWh nel 1995 a circa 850.000 MWh nel 2002.

L'energia solare
L'energia solare è l'energia rinnovabile per eccellenza dalla quale derivano tutte le altre forme di energia sfruttate dall'uomo, con l'eccezione di quella geotermica. Con opportune tecnologie, essa può essere captata direttamente sia per produrre energia elettrica che calore. Nel primo caso si parla di solare fotovoltaico e nel secondo caso di solare termico. Le caratteristiche e le potenzialità di entrambe le tecnologie sono di seguito illustrate in dettaglio.

Solare Fotovoltaico.
La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare direttamente l'energia associata alla radiazione solare in energia elettrica. Sviluppata alla fine degli anni '50 nell'ambito dei programmi spaziali, per i quali occorreva disporre di una fonte di energia affidabile ed inesauribile, la tecnologia fotovoltaica si va oggi diffondendo molto rapidamente anche per applicazioni terrestri, come l'alimentazione di utenze isolate o gli impianti installati sugli edifici e collegati ad una rete elettrica preesistente.
Essa sfrutta il cosiddetto effetto fotovoltaico che è basato sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori che, opportunamente trattati ed interfacciati, sono in grado di convertire l'energia della radiazione solare che li colpisce in energia elettrica, senza bisogno di parti meccaniche in movimento e senza l'uso di alcun combustibile. Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi a tale scopo è il silicio.
Di tutta l'energia solare che investe una cella solare sotto forma di radiazione luminosa, solo una parte viene convertita in energia elettrica (energia utile). L'efficienza di conversione di celle commerciali al silicio monocristallino è in genere compresa tra il 10% e il 14%, mentre realizzazioni speciali hanno raggiunto valori del 23%. Questo significa che per 1 kW di potenza che raggiunge un pannello si ha disponibile ai morsetti una potenza di 0,1-0,14 kW con pannelli commerciali e fino a 0,24 kW utilizzando pannelli speciali da laboratorio. Se la massima efficienza raggiungibile dal silicio monocristallino è intorno al 20%, per altri tipi di moduli questi valori si abbassano ulteriormente: al 17% per il silicio policristallino ed intorno al 10% per il silicio amorfo (che fa parte della tecnologia delle thin film cells o celle a film sottile). Il silicio, materiale maggiormente utilizzato dalle industrie per la fabbricazione delle celle fotovoltaiche, è l'elemento più diffuso in natura dopo l'ossigeno. Per essere opportunamente sfruttato deve presentare una opportuna struttura molecolare (monocristallina, policristallina o amorfa) ed un elevato grado di purezza, caratteristiche non riscontrabili nei minerali in cui si trova allo stato naturale.
Il componente base di un impianto FV è la cella fotovoltaica, che è in grado di produrre circa 1,5 Watt di potenza in condizioni standard, vale a dire quando essa si trova ad una temperatura di 25 °C ed è sottoposta ad una potenza della radiazione pari a 1000 W/m². La potenza in uscita da un dispositivo FV quando esso lavora in condizioni standard prende il nome di potenza di picco (Wp) ed è un valore che viene usato come riferimento. L'output elettrico reale in esercizio è in realtà minore del valore di picco a causa delle temperature più elevate e dei valori più bassi della radiazione. Più celle assemblate e collegate tra di loro in una unica struttura formano il modulo fotovoltaico.
Il modulo FV tradizionale è costituito dal collegamento in serie di 36 celle, per ottenere una potenza in uscita pari a circa 50 Watt, ma oggi, soprattutto per esigenza architettoniche, i produttori mettono sul mercato moduli costituiti da un numero di celle molto più alto e di conseguenza di più elevata potenza, anche fino a 200 Watt per ogni singolo modulo. A seconda della tensione necessaria all'alimentazione delle utenze elettriche, più moduli possono poi essere collegati in serie in una "stringa". La potenza elettrica richiesta determina poi il numero di stringhe da collegare in parallelo per realizzare finalmente un generatore fotovoltaico. Il trasferimento dell'energia dal sistema fotovoltaico all'utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi, necessari per trasformare ed adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze dell'utenza finale.
Il complesso di tali dispositivi prende il nome di BOS (Balance of System). Un componente essenziale del BOS, se le utenze devono essere alimentate in corrente alternata, è l'inverter, dispositivo che converte la corrente continua in uscita dal generatore FV in corrente alternata. Data la loro modularità, i sistemi fotovoltaici presentano una estrema flessibilità di impiego. La principale classificazione dei sistemi fotovoltaici divide i sistemi in base alla loro configurazione elettrica rispettivamente in: sistemi autonomi ("stand alone") e sistemi connessi alla rete elettrica ("grid connected"). I sistemi connessi alla rete elettrica si dividono a loro volta in: centrali fotovoltaiche e sistemi integrati negli edifici.
La quantità di energia elettrica prodotta da un sistema fotovoltaico dipende da numerosi fattori:
• superficie dell'impianto, posizione dei moduli FV nello spazio (angolo di inclinazione rispetto all'orizzontale ed angolo di orientamento rispetto al Sud), valori della radiazione solare incidente nel sito di installazione,
• efficienza dei moduli FV, efficienza del BOS, altri parametri (p.es. temperatura di funzionamento).
Stato di fatto.
Il mercato fotovoltaico mondiale ha conosciuto negli ultimi anni un notevole sviluppo, passando dai 45 MWp del 1990 ai 1300 MWp del 2002. Questo risultato è stato possibile grazie al parallelo sviluppo di due tipologie di applicazioni: gli impianti isolati e quelli installati sugli edifici ed integrati alla rete elettrica. Gli incrementi più elevati nella potenza installata sono stati senza dubbio quelli del Giappone, degli Stati Uniti e della Germania, soprattutto grazie ai programmi di incentivazione da parte dello stato che, non solo ha fornito sussidi per l'installazione di impianti FV, ma in alcuni casi (come in Germania) ha comprato l'elettricità in eccesso prodotta da tali impianti e riversata in rete ad un prezzo molto maggiore di quello di vendita dell'elettricità tradizionale. In Italia, dopo una fase di grande fermento della prima metà degli anni '90 in cui l'ENEL ha installato diverse centrali fotovoltaiche (la più grande delle quali la centrale di Serre nel salernitano di 3,3 MWp), il mercato ha vissuto un forte rallentamento soprattutto per l'assenza di adeguati meccanismi di incentivazione.

Solare Termico
Il solare termico è una tecnologia usata ormai da decenni per la produzione dell'acqua calda sanitaria e riscaldamento, per essiccazione, sterilizzazione, dissalazione e cottura cibi. Applicazioni di questo tipo sono testimoniate fin dal 1700. Inizialmente trovarono ampio spazio le tecnologie ad alta temperatura per la produzione di vapore (concentratori parabolici), che non si affermarono, nonostante continue riduzioni dei costi, a causa delle espansioni successive dei combustibili fossili (carbone prima, petrolio poi).
La tecnologia per l'utilizzo termico dell'energia solare ha raggiunto maturità ed affidabilità tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo domestico e produttivo. La radiazione solare, nonostante la sua scarsa densità, resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre. Il rendimento dei pannelli solari è aumentato di un buon 30 % nell'ultimo decennio, rendendo varie applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente competitive.
L'applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Il collettore è costituito dai seguenti elementi fondamentali: copertura trasparente costituita da una o più lastre di vetro o di plastica posta al disopra della piastra assorbente per ridurre gli scambi termici convettivi e radiativi tra la piastra e l'atmosfera; piastra assorbente nera che provvede ad assorbire la radiazione ed a trasferire l'energia raccolta ad un fluido termovettore; isolamento termico per ridurre al minimo le perdite per conduzione della piastra. Involucro di forma parallelepipeda con funzione di contenimento e di protezione da polvere, umidità, ed agenti atmosferici. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a secondo dell'efficienza che varia con le condizioni climatiche e con la tipologia del collettore tra 30 % e 80%.
Dal punto di vista dell'integrazione architettonica esistono vari esempi di buone realizzazioni anche nel caso di tetti a falda. Ciò usualmente comporta il ricorso alla circolazione forzata e quindi ad una maggiore complessità di impianto. Va comunque detto che ormai la tecnologia è provata e affidabile, purché sia eseguita la manutenzione periodica prescritta dal costruttore. Le applicazioni più comuni sono relative ad impianti per acqua calda sanitaria, riscaldamento degli ambienti e piscine, sono in aumento casi di utilizzo nell' industria, nell'agricoltura e per la refrigerazione solare.
I collettori solari ad aria calda si differenziano da quelli ad acqua per il fatto che in essi il fluido termovettore è costituito da aria. I campi d'applicazione per tali impianti sono tipicamente quelli di riscaldamento dell'aria per la climatizzazione ambientale e, in campo industriale, per i processi d'essiccazione di prodotti alimentari. Nel campo della climatizzazione ambientale il vantaggio di utilizzare i collettori ad aria consiste nel fatto che l'aria in essi riscaldata può essere inviata direttamente all'ambiente senza scambiatori di calore intermedi.
Ciò permette un notevole aumento di efficienza del sistema, basti pensare che, di solito, con un sistema ad acqua, per riscaldare un ambiente a 20÷22 °C, occorre portare l'acqua almeno a 60÷70 °C. Il principio di funzionamento dei collettori ad aria è pressoché lo stesso di quelli ad acqua, ma i parametri di dimensionamento variano sostanzialmente, in quanto l'aria scambia calore con maggiore difficoltà dell'acqua. Occorre perciò assicurare all'aria un tempo di permanenza più lungo all'interno del collettore; per questo motivo il percorso di solito è tortuoso, per rallentare il flusso dell'aria.
Per il resto, il collettore ad aria, come quello ad acqua, è costituito da una piastra captante, una o più coperture trasparenti e l'isolamento termico. I collettori solari per piscina possono fornire fino al 100% delle necessità termiche delle piscine, Sono inoltre i più semplici da installare della categoria.
Le tipologie di collettori solari termici variano molto in termini di costo e di prestazioni. Per di più, essendo l'energia solare una fonte aleatoria sulla superficie terrestre, i collettori solari termici vanno realisticamente considerati integrativi rispetto alle tecnologie tradizionali; essi vanno quindi considerati capaci di fornire direttamente solo parte dell'energia necessaria all'utenza, energia che altrimenti dovrebbe essere prodotta dalla caldaia tradizionale. La percentuale di energia termica prodotta annualmente da un collettore solare termico prende il nome di fattore di copertura del fabbisogno termico annuo.
Per un sistema che ottimizzi il rapporto costi/energia prodotta, questo fattore non supera il 65%. Questo limite è comune a moltissime tecnologie basate su fonti rinnovabili, il più delle volte caratterizzate da disponibilità aleatoria o periodica. A causa di ciò, con il crescere delle dimensioni dell'impianto, cresce il fattore di copertura del carico termico, ma la relazione tra il costo dell'energia e l'energia prodotta resta lineare fino al 55%÷60%. Superato questo valore, il costo continua ad aumentare linearmente con le dimensioni dell'impianto, mentre l'energia prodotta aumenta meno rapidamente, il che si traduce in un maggiore costo dell'unità di superficie di collettore. E' per questo motivo che un collettore solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria dimensionato correttamente viene progettato per soddisfare il 60÷65% del fabbisogno termico.
Stato di fatto
Il Libro Bianco dell'Unione Europea prevede l'installazione entro il 2010 di 100 milioni di m2 di pannelli solari termici nel territorio dell'Unione. Ad oggi nel mondo sono installati oltre 30 milioni di metri quadri di pannelli solari di cui 3 milioni nell'Unione europea. In Italia l'applicazione dei pannelli solari per scaldare l'acqua può essere ancora molto potenziata.
Il parco del solare termico in Italia è oggi di 350.000 m², l'utilizzo maggiore è dovuto all'utenza domestica, ad impianti di prevalente utilizzo estivo ed alle piscine Nel territorio provinciale di Parma la diffusione dei collettori solari è praticamente inesistente se si escludono rarissime installazioni di qualche privato e l'installazione presso l'Istituto scolastico di proprietà della Provincia di Parma "G.Galilei" di San Secondo. I collettori solari sono installati sulla copertura della palestra e sono adibiti sia al riscaldamento ambiente sia alla produzione dell'acqua sanitaria delle docce a servizio della palestra stessa.
Densità m2 di solare per 1000 abitanti in Europa
Nazione m2
AUSTRIA 159,1
GERMANIA 51,7
SVIZZERA 37,5
DANIMARCA 27,7
PORTOGALLO 21,0
SVEZIA 15,5
FINLANDIA 12,6
SPAGNA 12,0
OLANDA 10,2
ITALIA 7,2
FRANCIA 6,8
G.B. 5,0

L'energia eolica
L'energia del vento è legata al movimento di masse d'aria che si spostano al suolo da aree ad alta pressione atmosferica verso aree adiacenti di bassa pressione, con velocità proporzionale al gradiente di pressione. Essa è stata largamente utilizzata sin dall'antichità in svariate applicazioni, quali la navigazione a vela, la ventilazione dei cereali e l'essiccazione dei prodotti dell'agricoltura e della pesca.
I primi generatori di energia elettrica azionati dal vento risalgono agli inizi del '900 e nel 1914 erano già in funzione diverse centinaia di macchine di potenza compresa tra 3 e 30 kW. Nel periodo tra le due Guerre Mondiali fu compiuta una rapida evoluzione sul piano tecnologico, con la costruzione di aerogeneratori di potenze crescenti da 40-80 kW: in alcuni paesi, come la Danimarca, si arrivò a soddisfare una consistente parte del fabbisogno di energia elettrica nazionale con generatori a vento di media potenza ubicati in prossimità di fattorie e villaggi.
Attualmente l'energia del vento viene utilizzata mediante l'impiego di macchine eoliche (o aeromotori) in grado di trasformare l'energia eolica in energia meccanica di rotazione, utilizzabile sia per l'azionamento diretto di macchine operatrici che per la produzione di energia elettrica: in quest'ultimo caso il sistema di conversione (che comprende un generatore elettrico con i sistemi di controllo e di collegamento alla rete) viene denominato aerogeneratore.
Fra tutte le fonti energetiche rinnovabili l'energia eolica è quella che attualmente, assieme all'idroelettrico, consente una produzione industriale dell'energia. Facendo un paragone con i pannelli fotovoltaici: l'energia prodotta da 1 aerogeneratore da 1MW corrisponde alla produzione di circa 16000 m2 di pannelli fotovoltaici pari circa 2,5 campi da calcio ricoperti di pannelli fotovoltaici.
I siti idonei alla localizzazione di aerogeneratori vanno selezionati sulla base di indicatori biologici, geomorfologici, socioculturali, nonchè su un attento esame dei vincoli esistenti. La selezione definitiva viene fatta dopo un periodo di misura della velocità e direzione del vento. Anche l'esistenza di strade adeguate e la vicinanza a linee elettriche devono essere considerate, poichè determinano ricadute dirette sulla redditività dell'impianto. La scelta del sito deve essere seguita da un'efficace disposizione delle macchine, che vanno opportunamente distanziate sul terreno per evitare eventuali reciproche interferenze fluidodinamiche che ne riducono la producibilità.
La tecnologia eolica si è molto evoluta negli ultimi anni. Gli aerogeneratori attualmente in commercio di media/grande taglia (1-2 MW) consentono, quasi a parità di dimensioni con gli aerogeneratori di taglia inferiore (<1MW), di produrre un quantitativo di energia quasi doppio massimizzando i vantaggi ambientali e riducendo in modo sostanziale l'impatto visivo, in quanto a parità di potenza installata si dimezza il numero di aerogeneratori.
L'impatto degli impianti eolici sull'ambiente da studiare in sede di VIA, a livello locale, è relativo ai seguenti aspetti:
1. variazione del paesaggio;
2. emissioni acustiche;
3. interferenze elettromagnetiche;
4. disturbo all'avifauna stanziale e migratoria.
Stato di fatto
Con gli oltre 13.500 MW di potenza installata nel mondo, l'energia eolica rappresenta il segmento di mercato con il più elevato tasso di crescita dell'intero settore energetico (circa il 40% per anno negli ultimi anni). Il baricentro del mercato si è spostato negli ultimi anni dagli Usa in Europa, soprattutto in Germania, Spagna e in Danimarca. Questo potenziale potrebbe essere nel futuro ulteriormente accresciuto dallo sviluppo di installazioni off shore, collocate al largo delle coste. In un'ottica di sfruttamento su larga scala dell'energia eolica, l'installazione di aerogeneratori in siti marini presenta infatti indubbi vantaggi, riconducibili ad una maggiore disponibilità di spazi e ad una migliore qualità del vento.
In Italia attualmente si presentano due grandi problemi per lo sviluppo degli impianti offshore: un diffuso vincolo normativo (la tutela delle coste) e problematiche tecniche dovute alla presenza di fondali profondi (>40m) in cui la realizzazione dei basamenti per gli aerogeneratori risulta molto difficoltosa se non pressocchè impossibile. In Danimarca, dove si sono realizzati la maggior parte degli impianti offshore, ci si trovava in condizioni di fondali bassi (10-15 m) e assenza di turismo costiero. Pertanto, in ultima analisi, allo stato attuale della tecnica, in Italia gli unici siti in cui si presentano le condizioni tecnico economiche per realizzare impianti eolici sono i crinali Appenninici.
L'Italia si colloca al quarto posto nella UE per potenza installata di energia eolica. Va comunque notato che il dato non è positivo. Il nostro paese si presenta molto vicino al gruppo dei paesi con bassa energia eolica installata e molto lontano dalle performance di Germania, Spagna e Danimarca.

Diffusione energia eolica Unione Europea - Fonte European Wind Energy Association (gennaio 2004)
Paese Totale installato Totale installato nel 2003
Germania 14.609 2.645
Spagna 6.202 1.377
Danimarca 3.110 243
Italia 904 116
Olanda 873 196
Regno Unito 649 103
Austria 415 276
Svezia 399 54
Grecia 375 78
Portogallo 299 107
Francia 239 91
Irlanda 186 49
Belgio 68 33
Finlandia 51 8
Lussemburgo 22 5
Totale UE15 23.056 5.871
Nota: dati in MW installati.

Entro il 2010 l'European Wind Energy Association prevede una potenza installata di 75.000 Mw (di cui 10.000 da piattaforme off-shore). L'eolico quindi potrebbe coprire nel 2010 l'11% circa del consumo totale europeo di energia ed il 50% della produzione da fonti di energia rinnovabile.

Il risparmio energetico
Il risparmio energetico viene definito dall'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) come uno sforzo strutturale organizzato al risparmio di energia, senza ridurre il livello di vita e la produttività. Si identificano nello specifico l'edilizia residenziale e l'illuminazione pubblica come i settori in cui si possono maggiormente concentrare gli sforzi allo scopo di ottenere un sensibile risparmio energetico. In particolare l'edilizia residenziale riguarda temi come la gestione del Riscaldamento e dell'illuminazione, la Bioedilizia intesa come materiali e tecniche di costruzione, ed infine le Normative intese come indirizzi d'azione per il pubblico ed il privato. Mentre per quello che riguarda l'illuminazione pubblica i riferimenti sono le soluzioni e tecnologie sostenibili applicabili in un ente, la programmazione e realizzazione.
Non sono sviluppati in questa sede il risparmio energetico nei settori del trasporto, industrie e impianti di produzione.
Stato di fatto
I consumi del settore abitativo costituiscono il 44% del fabbisogno Energetico complessivo, mentre i consumi energetici relativi all'illuminazione pubblica rappresentano mediamente per un Ente Pubblico il 15-25% delle spese energetiche complessive. Relativamente ai consumi energetici nell'edilizia si segnala come il 76% sia da imputare al riscaldamento mentre solo il 3% è legato all'illuminazione. Sono comunque in forte crescita con un trend positivo del 2% annuo i consumi di energia elettrica, imputabili anche alla continua crescita del condizionamento estivo.
Il libro bianco Energia-Ambiente-Edifici (F.In.Co.-Enea) auspica una riduzione del 20% dei consumi energetici e delle relative emissioni Le esperienze sul territorio sono relativamente poche, per lo più rappresentate da progetti pilota, sviluppati prevalentemente in scuole ed enti pubblici oppure da privati con una particolare e più marcata sensibilità ambientale. I dati parziali di alcune di queste esperienze ad esempio riportano per un progetto sul riscaldamento, risultati di risparmio energetico del 54% rispetto ad una analoga situazione sulla quale non siano stati attuati gli interventi migliorativi.

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