Le strategie d'intervento per sfruttare al meglio le caratteristiche climatiche regionali si differenziano ovviamente a seconda della zona in cui si opera. Anche se in genere si usa distinguere quattro zone climatiche principali, il clima locale deve sempre essere considerato come un fenomeno complesso perché una strategia che consideri un solo aspetto può portare a dei buoni risultati per un verso, ma risultare negativa per un altro.
Per ogni fascia climatica e ogni situazione esistono opportune tecniche e opportune strategie che devono essere però concepite nel loro insieme e che comunque non devono escludere la possibilità - o la necessità - di essere integrate con i sistemi tradizionali di controllo dell'ambiente interno.
L'energia solare può essere utilizzata in modo attivo o in modo passivo e per questo si vuole distinguere fra energia solare attiva ed energia solare passiva.
Con l'espressione "energia solare attiva" si intende in genere raggruppare tutte le applicazioni che riguardano il settore delle applicazioni termodinamiche (energia termosolare) e il settore dell'energia fotovoltaica.
Con l'espressione "energia solare passiva" si intende in genere raggruppare tutte le applicazioni in cui l'energia solare viene utilizzata senza alcun ausilio motorizzato e in cui la distribuzione dei calore prodotto avviene grazie ai fenomeni naturali della conduzione, della convezione e dell'irraggiamento, anziché mediante l'utilizzazione di pompe o ventole. Nella gestione di un edificio o di un'abitazione, le strategie solari passive, con diverse varianti, possono essere sostanzialmente impiegate per raggiungere tre obbiettivi principali:
- Per il riscaldamento di un edificio, soprattutto nei climi freddi, attraverso l'accumulo, la distribuzione e la conservazione dell'energia termica solare. Al fine di raggiungere questo scopo, le principali tecniche passive prevedono l'impiego di muri termo accumulatori, che un ottimo isolamento, di una notevole massa termica, di sistemi di preriscaldamento dell'aria, di superfici vetrate esposte a Sud, dì vere e proprie serre addossate all'edificio e altri accorgimenti ancora;
- Per il raffrescamento naturale di un edificio, grazie alla ventilazione naturale, alla schermatura e all'espulsione dei calore indesiderato verso dissipatori di calore ambientali (aria, cielo, terra, acqua). Le principali tecniche impiegate in questo caso prevedono soprattutto l'utilizzo di condotte d'aria internate, di camini solari, di una buona massa termica, della ventilazione indotta, di protezioni dall'irraggiamento diretto e di sistemi per la deumidificazione o per l'evaporazione dell'acqua;
- L'altro importante contributo passivo che si può ottenere dall'energia solare riguarda l'illuminazione diurna di un edificio, ed evitare assolutamente il cosiddetto fenomeno di abbagliamento, situazione creata dalla presenza nel campo visivo di superfici o punti con luminanza molto superiore a quella a cui l'occhio è abituato.
La produzione di energia e il risparmio di combustibile
La quantità di energia prodotta da un impianto fotovoltaico di taglia assegnata dipende fortemente dalle condizioni climatiche (essenzialmente irraggiamento e temperatura) della località in cui esso è installato. In pratica la potenzialità energetica di una certa località viene espressa per mezzo dell'insolazione media annua, che fornisce la quantità di energia solare che nell'arco di un anno incide su una superficie di 1 mq. Questa grandezza viene di solito misurata in " ore annue di insolazione equivalente.
Per esempio nella Svizzera del Sud (Ticino) si misurano 1300 ore equivalenti di insolazione all'anno; ciò significa che un impianto fotovoltaico della potenza nominale di 1 kW è potenzialmente in grado di produrre 1.300 kWh all'anno. In realtà occorre tener conto dei fatto che la potenza effettiva ai morsetti dell'impianto è sempre inferiore alla sua potenza nominale, a causa delle perdite dovute al surriscaldamento dei moduli, ai collegamenti serie/parallelo e, infine, al rendimento dei sistema dì condizionamento della potenza. Tipicamente, la potenza di un impianto fotovoltaico è circa 85% di quella nominale: di conseguenza la producibilità effettiva di un impianto da 1 kW è di circa 1.120 kWh/anno. Questo numero consente di valutare immediatamente il risparmio di combustibili fossili ottenibile per mezzo di un impianto fotovoltaico. A questo scopo basta conoscere la vita media dell'impianto, valutabile in circa 30 anni, ed il cosiddetto "Energy Pay-Back Time - EPBT".
Nel caso in esame risulta, pertanto, che un impianto da 1 KWp produce, nell'arco della propria vita efficace 1.120 x 24 = 26.880 kWh. Dato che per produrre i kWh elettrici corrispondenti occorre bruciare circa 0,25 kg di combustibile fossile, il risparmio complessivo risulta di 26.880 x 0,25 = 6.720 kg di combustibile ovvero circa 7 tep (tonnellate equivalenti di petrolio).
I costi e i benefici nascosti
Fra tutti i fattori che determinano il grado di penetrazione dei fotovoltaico nel mercato energetico, il costo degli impianti e dell'energia che essi producono è senz'altro uno dei più importanti, se non il più importante addirittura. Infatti, dal punto di vista dell'utente che può scegliere fra diverse fonti di energia, sia convenzionali, sia rinnovabili, una buona parte dei vantaggi indiretti offerti dal fotovoltaico - per esempio, il carattere "nazionale" della fonte e il suo ridottissimo impatto ambientale - appaiono come elementi secondari rispetto al problema centrale del costo.
Sotto questo aspetto, il fotovoltaico appare addirittura penalizzato rispetto alle fonti convenzionali: infatti, in assenza di adatti incentivi pubblici capaci di monetizzare a vantaggio dell'utente i vantaggi sociali offerti dalla tecnologia, il fotovoltaico si trova a dover competere con tecnologie, come quelle del carbone, dei petrolio o dei nucleare, le quali, pur essendo assai più onerose in termini di costi sociali ed ambientali, non addebitano tali costi all'utente, ma, di fatto, tacitamente li scaricano sulla collettività.
Anche utilizzando i criteri di valutazione molto prudenziali, i costi sociali medi associati all'uso cri combustibili fossili sono dell'ordine di 0,034 €/KWh, mentre quelli associati al nucleare sono di 0,078 €/kWh; ma ciò significa che queste tecnologie sono gravate di un costo " nascosto ", pagato - spesso inconsapevolmente - dalla collettività pari a circa 0,05 €/KWh in un caso e di circa 0,10 €/KWh nell'altro: ciò equivale a raddoppiare il costo sostenuto dall'utente per godere dell'energia elettrica.
Il costo dei chilowattora fotovoltaico
Il costo dell'energia prodotta da un impianto fotovoltaico può essere calcolato con la stessa metodologia usata nel caso degli impianti convenzionali. Secondo il metodo comunemente adottato dalle Aziende elettriche, il costo dell'energia viene diviso in due parti: un costo fisso, dovuto all'investimento iniziale necessario per la costruzione dell'impianto, ed un costo variabile, dovuto alle spese per il funzionamento e la manutenzione dell'impianto. I costi variabili includono di solito le spese per il personale, il combustibile e le parti di ricambio; nel caso dei fotovoltaico, naturalmente, la voce combustibile è assente.
In formule si può scrivere:
Costo KWh = ( D x Ci + Cem ) K
in cui
D = Fattore di attualizzazione dell'investimento
Ci = Costo dell'investimento
Cem = Costo di esercizio e manutenzione
K = Numero di KWh prodotti dall'impianto in un anno.
Il fattore D dipende dalla durata dell'impianto - di solito stimata in 30 anni - e dal tasso di interesse reale - cioè depurato del tasso di inflazione - posto tipicamente pari al 5 %.
Sia i costi di investimento, sia quelli di esercizio e manutenzione dipendono fortemente dalla taglia dell'impianto, dal tipo di applicazione per cui esso è costruito e dalla località in cui esso è installato: per calcolare, quindi, il costo del KWh prodotto da grandi centrali fotovoltaiche connesse con la rete non è quindi possibile fare riferimento ai piccoli impianti per applicazioni isolate, ma occorre prendere in considerazione impianti simili di grande taglia del tipo che, a scopo sperimentale e dimostrativo, sono stati realizzati in tutto il mondo e, specialmente, negli Stati Uniti.
Tuttavia, dato il numero limitato di esempi di riferimento, la stima dei costi contiene ampi margini di incertezza. Attualmente, secondo l'esperienza americana, il costo complessivo di realizzazione di una centrale può essere stimato in circa 5.000,00 €/KWp. Questo costo è dovuto, per circa il 60% al costo dei moduli, pari dunque a 3.000,00 €/KW e, per la parte rimanente - circa 2.000,00 €/KW - al costo degli altri componenti dei sistema e al costo di installazione.
Quanto ai costi di gestione, l'esperienza delle grandi centrali della California, mostra che essi possono essere contenuti entro limiti molto bassi, inferiori a 0,002 €/KWh.
Se si assume una produzione annua di energia di 1.500 KWh per ogni KWp di potenza installata, la formula precedente fornisce un costo dell'energia di circa 0,240 €/KWh. Questo costo, ovviamente, va considerato come un valore limite, valido per gli impianti di grande taglia - superiore a 1 MW - costruiti in maniera tale da ottimizzare il rapporto costo / prestazioni e installati in località di facile accesso.
Attualmente questo costo è ancora lontano dalla competitività che, oggi, tenendo conto dei costi sociali delle fonti convenzionali, può essere posta tra 0,08 e 0,095 €/KWh: perché il fotovoltaico possa quindi essere convenientemente usato per la produzione di energia su grande scala, occorre ridurre i costi della tecnologia di circa un fattore 2.
