Impianti fotovoltaici galleggianti: un futuro promettente per l’energia solare
Gli impianti fotovoltaici galleggianti sono una tipologia emergente di sistemi fotovoltaici che galleggiano sulla superficie di specchi d’acqua quali laghi artificiali, canali di irrigazione, aree di bonifica o stagni.
Essi consistono di:
• Un sistema galleggiante. Chiamato anche pontone, è una struttura robusta che regge i pannelli solari. È composto da una struttura e da un galleggiante, e consente l’installazione dei moduli fotovoltaici.
• Un sistema di ormeggio. È una struttura fissa usata per bloccare il libero movimento della struttura galleggiante in acqua. Ciò consente la regolazione delle fluttuazioni del livello dell’acqua mantenendo la posizione con esposizione verso sud. La struttura galleggiante può essere fissata a un punto sul fondo del corso d’acqua evitando la necessità di collegarsi alla struttura a riva. Questo può essere realizzato mediante un ormeggio ad ancora.
• Un sistema fotovoltaico. Comprende le apparecchiature del generatore fotovoltaico. Per i sistemi solari galleggianti vengono utilizzati soprattutto moduli fotovoltaici cristallini.
• Cavo subacqueo. È utilizzato per trasferire l’energia elettrica generata dalla struttura che si trova sull’acqua alla sottostazione.
I sistemi fotovoltaici galleggianti e quelli su terra hanno layout simili, a parte il fatto che i pannelli, e spesso gli inverter, sono montati su delle piattaforme galleggianti. L’elettricità è generata in corrente continua (DC) dai moduli fotovoltaici, collegati mediante scatole di giunzione, e infine convertita in corrente alternata (AC) mediante gli inverter.
I sistemi fotovoltaici, e anche gli inverter, sono ancorati al fondo, ma è anche possibile collegarli alla terraferma mediante linee di trasporto dell’energia galleggianti. Il progetto dei sistemi di ancoraggio e di ormeggio, che sono utilizzati per mantenere in posizione le piattaforme galleggianti, dipende da un’ampia serie di fattori come il livello dell’acqua e la sua variabilità, la batimetria, le condizioni del suolo, il tipo di galleggiante e il carico del vento.
Storia
Il primo sistema fotovoltaico galleggiante è stato costruito nel 2007 ad Aichi, in Giappone. I primi brevetti riguardanti i sistemi solari galleggianti sono stati registrati da cittadini americani, danesi, francesi, italiani e giapponesi, tra il 2007 e il 2014.
Inizialmente, questi sistemi su piccola scala sono stati costruiti per scopi di ricerca e dimostrativi. Il primo impianto di tipo commerciale, secondo il World Bank Report “Where Sun meets Water”, è stato un sistema da 175 kWp realizzato presso la Far Niente Winery in California nel 2008. Impianti galleggianti di taglia medio grande (superiori a 1 Mwp) hanno iniziato a nascere nel 2013, e attualmente vengono realizzati in tutto il mondo.
I numeri parlano chiaramente
Secondo la World Bank, con un potenziale complessivo di 400 GW valutato in modo molto conservativo, il solare galleggiante potrebbe duplicare la capacità attualmente installata di solare fotovoltiaco, ma senza l’occupazione di terreni che sarebbe richiesta per impianti montati sul suolo.
Siccome ci sono più di 400000 chilometri quadrati (km2) di bacini artificiali nel mondo (Shiklomanov 1993), il solare galleggiante ha una potenzialità teorica dell’ordine dei terawatt, valutato semplicemente sulla base della superficie disponibile. Dal 2013 le capacità delle centrali elettriche fotovoltaiche galleggianti sono incrementate in modo esponenziale. Alla metà del 2018, la capacità complessivamente installata di solare flottante era approssimativamente di 1.1 Gwp, lo stesso livello raggiunto dagli impianti fotovoltaici montati su terreno nell’anno 2000. Attualmente, la maggior parte della capacità installata a livello mondiale è in Asia, che si trova ancora sulla cresta dell’onda del solare galleggiante.
Vantaggi
• Le centrali elettriche solari galleggianti generano solitamente più elettricità rispetto a quelle montate sul terreno e ai sistemi su tetto grazie all’effetto di raffreddamento dell’acqua.
• Siccome il sistema fotovoltaico è posizionato su una superficie d’acqua, si evitano tutti gli ostacoli all’acquisto di terreni e tutte le preoccupazioni relative al consumo di suolo.
• Gli impianti fotovoltaici galleggianti possono ridurre le perdite d’acqua dovute all’evaporazione, che dipendono dalla superficie coperta e dalle condizioni climatiche. Inoltre, il CEEW stima che per la pulizia dell’impianto siano richiesti all’incirca 7000 – 20000 litri d’acqua per ciascun MW. Nel caso dell’impianto fotovoltaico galleggiante, l’acqua usata ritorna nello specchio d’acqua e può essere riutilizzata, portando a un risparmio in termini di consumo d’acqua e di costi a esso associati.
• È stato dimostrato un aumento della resa del sistema, che può essere attribuito a una riduzione della temperatura di esercizio dei moduli solari grazie al raffreddamento naturale da parte dell’acqua. Inoltre, quando questi sistemi sono installati su grandi superfici d’acqua possono presentare minori depositi di polvere, con un conseguente incremento della resa energetica dell’impianto
• Questo tipo di impianti fotovoltaici non è basato su una struttura fissa come le fondazioni usate negli impianti su terreno. Ciò significa che sono più veloci da installare e facili da gestire.
• Gli impianti fotovoltaici galleggianti migliorano la qualità dell’acqua, bloccando la crescita di alghe mediante l’ombreggiamento dell’acqua.
• Aumento del fattore di carico dell’impianto (PLF) grazie all’assenza di sistemi di inseguimento.
• Geograficamente ogni specchio d’acqua con abbondante illuminamento solare può essere utilizzato per installare impianti galleggianti.
• Fattibili tecnicamente ed economicamente, gli impianti fotovoltaici galleggianti aprono nuove opportunità per aumentare la capacità di produzione da fonte solare.
Le sfide
Essendo una tecnologia relativamente nuova, ci sono ancora diversi fattori che dovranno essere analizzati sul lungo termine:
• Impatto ecologico sull’ecosistema acquifero.
• Mancanza di esperienza, conoscenza e test sugli impianti fotovoltaici galleggianti
• Eventuali danni causati dall’acqua salata e dalle onde.
archelios™ Pro è un software potente, innovativo e semplice da usare per gli studi di fattibilità e l’analisi di bancabilità, per la simulazione e il disegno 3D di ogni impianto fotovoltaico. Grazie alla sua funzione di esportazione, è possibile integrare il progetto fotovoltaico in archelios™ Calc per effettuare il dimensionamento e il calcolo dei cavi. Inoltre, è possibile esportare il progetto verso AutoCAD (.DXF) e MS Excel (.CSV).
Il software ha molte funzionalità:
• Un modello 3D geolocalizzato che simula l’ambiente in modo da definire la configurazione ottimale (altezza, inclinazione, orientamento, spazio tra le file di pannelli)
• Una definizione precisa dell’albedo sulle superfici dell’impianto.
• Calcolo automatico del profilo degli ostacoli distanti per evitare le ombre
• Definizione della produzione mensile con profili orari
• Progettazione est-ovest: i moduli possono essere facilmente duplicati senza il bisogno di correggere manualmente l’orientamento.
• Vasto database di componenti fotovoltaici (moduli, inverter, batterie).
archelios™ Pro comprende un plugin per SketchUp per riprodurre la struttura o il luogo in cui l’impianto sarà disegnato, costruendo un modello digitale 3D noto come PVBIM, che incrementa la precisione dei risultati perché tiene in considerazione ogni ostacolo che potrebbe interferire con la radiazione diretta. archelios™ Pro ha un nuovo collegamento bidirezionale per aggiornare velocemente le modifiche con SketchUp.
DESIDERATE ULTERIORI INFORMAZIONI?
Trace Software – Empowering Electrical Solutions
