FOTOVOLTAICO E MONDO AGRICOLO: UN CONNUBIO VINCENTE · 2012-03-28 · Workshop Agro Energia -GruppoCariparmaCréditAgricole Centro Formazionedel Gruppo-Piacenza, 26 Marzo2012 FOTOVOLTAICO

Workshop Agro Energia - Gruppo Cariparma Crédit AgricoleCentro Formazione del Gruppo - Piacenza, 26 Marzo 2012

FOTOVOLTAICO E MONDO AGRICOLO: UN CONNUBIO VINCENTE

Prof. M. Delfanti – Politecnico di Milano, LEAP

Ingg. S. Signorini, A. Sogni - LEAP

2Delfanti, Signorini, Sogni – Workshop Cariparma - Piacenza, 26.03.2012

Indice della presentazione

Parte A (Signorini):

1. Principio fisico della conversione fotovoltaica;

2. Tecnologie fotovoltaiche;

3. Incentivazione e vendita dell’energia;

4. Normativa: prospettive per il mondo agricolo.

Parte B (Sogni):

1. Diffusione degli impianti fotovoltaici a livello nazionale e locale;

2. Attività LEAP per Cariparma: considerazioni statistiche e casi di investimento in agricoltura;

3. Conclusioni.


L’energia è emessa dal Sole sotto forma di radiazioni elettromagnetiche che solo in parte giungono sulla Terra. L’atmosfera terrestre agisce come un filtro sulla radiazione e ne smorza l’intensità. In particolare alcune frequenze d’onda vengono assorbite da gas come O3, O2, H2O e CO2.

Energia Solare


Considerando tutte le lunghezze d’onda si ottiene la radiazione solare globale incidente su superficie orizzontale in un certo periodo di tempo.

Tale grandezza, misurata nella mappa a lato in [kWh/m2·anno], aumenta col diminuire della latitudine.

Fonte: EuropeanCommission - Joint Research Centre

Energia Solare

Alcuni esempi italiani:• Milano: 1.300 kWh/(m2·anno)• Roma: 1.500 kWh/(m2·anno)• Trapani: 1.700 kWh/(m2·anno)


• Fotovoltaico:

• Termico:

• Termodinamico:

Effetto

fotovoltaico

Scambio

termico

Tipologie di sfruttamento dell’energia solare

Ciclo

termodinamico

Energia elettrica

Energia termica

Energia elettrica,Energia termica


Principio fisico: effetto fotovoltaico1.Assorbimento fotone sufficientemente energetico (materiali

semiconduttori);

2.Elettrone da banda di valenza a banda di conduzione;

3.Creazione di una lacuna nell’atomo di origine.


Moduli Fotovoltaici: I GenerazioneSilicio monocristallino

Silicio policristallino

Silicio amorfo

Caratteristiche tecniche principali

• Modulo composto tipicamente da 72 celle da 125 mm × 125 mm, realizzate a partire da un wafer con struttura cristallina omogenea;

• Dimensioni pari a 1.600 mm × 800 mm × 45 mm;

• Peso variabile tra i 15÷20 kg;

• Potenza nominale variabile tra 180÷230 Wp;

• Elevata efficienza (14÷19%);

• Calo della potenza con l’aumento della temperatura (rispetto ai 25°C delle STC) pari a -0,45 %/°C;

• NOCT (Nominal Operative Cell Temperature) variabile tra 45÷50°C;

• Resistenza ai carichi sulla superficie pari a 540 kg/m2;

• Garanzia sul prodotto variabile tra 2÷10 anni;

• Garanzia sulla potenza in uscita pari al 90% dopo 10 anni e 80% dopo 25 anni;

• Certificazioni: IEC 61215, IEC 61730.


Silicio monocristallino


Silicio amorfo


• Modulo composto tipicamente da 60 celle da 156 mm × 156 mm, realizzate a partire da un wafer organizzato in grani localmente ordinati;

• Dimensioni pari a 1.650 mm × 1.000 mm ×45 mm;



• Buona efficienza (13÷15%);


• NOCT (Nominal Operative Cell Temperature) variabile tra 45÷50°C;



• Garanzia sulla potenza in uscita pari al 90% dopo 10 anni e 80% dopo 25 anni;


Moduli Fotovoltaici: I Generazione


Silicio monocristallino


Silicio amorfo


• Modulo composto da atomi di silicio deposti chimicamente in forma strutturalmente disorganizzata;

• Dimensioni pari a 1.300 mm × 1.100 mm × 20 mm (modulo) o 5.400 mm × 400 mm × 4 mm (laminato flessibile);



• Efficienza ridotta (7÷9%);


• NOCT variabile tra 45÷50°C;



• Elevato degrado iniziale, garanzia sulla potenza in uscita pari all’80% dopo 25 anni;


Moduli Fotovoltaici: II Generazione

modulo

laminato flessibile


Pay-back energetico di un impianto fotovoltaicoIl Pay-back energetico è il numero di anni necessari all’impianto fotovoltaico per produrre il suo iniziale contenuto di energia:

•8-10 anni per il silicio monocristallino metodo Czochralski;•6-8 anni per il silicio policristallino con casting da scarti di silicio elettronico;•3-4 anni per il silicio policristallino con casting da silicio di grado solare;•1-2 anni per il film sottile.


Altri tipologie di moduli fotovoltaici meno diffuse:

• Telloruro di Cadmio (CdTe);

• Diseleniuro di indio rame gallio (CIGS);

• Diseleniuro di indio rame (CIS);

• Solfuro di cadmio (CdS);

• Arseniuro di gallio (GaAs);

• Film organico (celle polimeriche);

• Film organico/inorganico.

Moduli Fotovoltaici

Quote di mercato 2011-2012 delle principali tecnologie di moduli

Fonte: Solar Energy Report 2010


Schema di un Impianto Fotovoltaico

Principali componenti dell’impianto:

• Moduli fotovoltaici;

• Strutture di montaggio (sistemi di ancoraggio dei pannelli agli edifici o al terreno, sistemi ad inseguimento);

• Inverter (dispositivo di conversione dell'energia continua in alternata);

• Cablaggi e sistemi di posa (collegamenti elettrici vari);

• Quadri elettrici e protezioni (contatori di produzione e scambio, messa a terra, ...).

Fonte: GSE

Fonte: SolarEnergy Report

2010

Ripartizione dei costi di un impianto FV

residenziale


Gruppi di conversioneUn inverter fotovoltaico è un apparato elettronico in grado di convertire la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata da rendere disponibile per le utenze elettriche o per l’immissione in rete.

È dotato di sistemi di controllo hardware e software che, leggendo in ogni istante i valori di tensione e corrente dei moduli, sono in grado di estrarre la massima potenza disponibile provocando piccole variazioni nei parametri di conversione. Tale funzione prende il nome di MPPT (Maximum Power Point Tracker).

Inverter modulare (SMA)

Inverter centralizzato (Aurora)


Tipologie di impianti fotovoltaiciImpianto su edificio Impianto a terra (statico)

Impianto ad inseguimento Impianto a concentrazione (dinamico)


Incentivazione e vendita dell’energia

• Incentivo: tutta l’energia prodotta viene incentivata attraverso il Conto Energia (contatore M1);

• Valorizzazione energia con 2 opzioni principali:

Impianto fotovoltaico

Utenze elettriche

Energia consumata utenze

Energia prodotta (incentivata)

Energia immessa in rete

Energia prelevata dalla rete

Modalità di vendita dell’energia immessa:• Ritiro dedicato;• Borsa elettrica;• Grossista.

Ricavi FV = Incentivo + Valorizzazione energia

1- Scambio sul posto (Pnom<200 kWp), ha 2 fonti di ricavo:

• Risparmio da autoconsumo sincrono;

• Contributo in conto scambio.

2- Vendita (contatore M2), con 2 possibilità:

• Cessione parziale, ha 2 fonti di ricavo:

• Cessione totale, 1 fonte:

� Risparmio da autoconsumo;� Vendita dell’eccesso.

� Vendita della totalitàdell’energia.


Normativa: D.Lgs. 28/2011 (Decreto Rinnovabili)• Attuazione della Direttiva 2009/28/CE;

• Incentivazione della produzione di energia elettrica da impianti solari fotovoltaici entrati in esercizio dal 1 giugno 2011;

• Iter autorizzativo (art.4): criterio di proporzionalità• Autorizzazione Unica (D.Lgs. n.387/2003);• Procedura Abilitativa Semplificata (possibilità di estensione ad 1 MWp);• Comunicazione relativa alle attività in edilizia libera (possibilitàestensione a 50 kWp ed impianti su edificio);

• Incentivazione impianti solari fotovoltaici a terra in aree agricole (art.10):

• potenza nominale di ogni impianto inferiore ad 1 MWp;• nel caso di impianti su terreni appartenenti al medesimo proprietario, gli impianti sono collocati ad almeno 2 km di distanza;• l’area destinata all’installazione deve essere inferiore al 10% della superficie agricola totale;• esclusi terreni abbandonati da almeno 5 anni.


Normativa: D.Lgs. 28/2011 (Decreto Rinnovabili)

Impianti fotovoltaici soggetti a Comunicazione o Procedura abilitativa semplificata:


Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011)• Impianti fotovoltaici entranti in esercizio in data successiva al

31/05/2011 e fino al 31/12/2016;

• Distinzione tra piccoli e grandi impianti:

• “piccoli impianti”: su edificio fino a 1.000 kW, altri fino a 200 kW in regime di scambio sul posto, di qualsiasi tipologia e potenza serealizzati da Amministrazioni pubbliche;

• “grandi impianti”: tutti gli esclusi dal punto precedente;

• Cave, discariche esaurite, aree di pertinenza di discariche o di siti contaminati non sono considerate aree agricole;

• Limiti di costo annuo ed obiettivi indicativi di potenza limitatamente al periodo 1/06/2011-31/12/2012 (solo grandi impianti fotovoltaici):

Riduzioni tariffarie già previste


Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011)• Impianti fotovoltaici: Tariffe incentivanti 2012

• Impianti fotovoltaici: dal 1° semestre del 2013 le tariffe incentivanti assumono valore omnicomprensivo sull’energia immessa nel sistema elettrico. Sulla quota di energia autoconsumata è attribuita una tariffa specifica.


Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011)• Impianti fotovoltaici: impianti su edificio

• Pergole, serre, tettoie, pensiline, barriere acustiche e strutture temporanee non sono considerati edifici.


Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011)Iscrizione al registro informatico per i grandi impianti

• Criteri di priorità delle richieste in ordine gerarchico:

• Impianti entrati in esercizio alla data di presentazione della richiesta;

• Impianti con lavori di realizzazione terminati alla data di presentazione della richiesta (perizia asseverata);

• Precedenza della data del pertinente titolo autorizzativo;

• Minore potenza dell’impianto;

• Precedenza della data di richiesta di iscrizione al registro.

• L’iscrizione non è cedibile a terzi.

• Come comunicato dal GSE, non si aprirà il registro grandi impianti fotovoltaici per il secondo semestre 2012: Il costo annuo corrispondente agli incentivi per i grandi impianti entrati in esercizio entro il 31/08/11 e per quelli ammessi al Registro per l’anno 2011 è pari a 1 miliardo di euro, a fronte del limite di costo fissato dal Decreto in 300 milioni di euro.


Il Quarto Conto Energia (DM 5/05/2011)Impianti solari fotovoltaici: uso efficiente dell’energia

• Edifici esistenti: il premio consiste in una maggiorazione percentuale in misura pari alla metà della percentuale di riduzione del fabbisogno di energia conseguita (almeno pari al 10% per entrambi gli indici di prestazione energetica estiva ed invernale) fino ad un massimo del 30%.

Altri premi

• +5%: altri impianti ubicati in zone industriali, miniere, cave o discariche esaurite, aree di pertinenza di discariche o di siti contaminati;

• +5%: piccoli impianti realizzati da comuni con popolazione inferiore a 5.000 abitanti;

• +5 c€/kWh: impianti su edificio installati in sostituzione di coperture in eternit;

• +10%: impianti con un costo di investimento (componenti diversi dal lavoro) riconducibile per almeno il 60% ad una produzione realizzata all’interno dell’UE.

Di interesse per le imprese agricole


D.L. 24/01/12 n.1 (Decreto Liberalizzazioni)Approvato dalla Camera dei Deputati in data 22/03/12

Art. 65: Impianti fotovoltaici in ambito agricolo

• Dalla data di entrata in vigore del decreto, per gli impianti solari fotovoltaici con moduli collocati a terra in aree agricole, non è consentito l'accesso agli incentivi statali di cui al decreto legislativo 3/03/11, n. 28;

• Agli impianti i cui moduli costituiscono elementi costruttivi di serre cosìcome definite dall'art. 20.5 del D.M. 6/08/10, si applica la tariffa prevista per gli impianti fotovoltaici realizzati su edifici. Al fine di garantire la coltivazione sottostante, le serre, a seguito dell'intervento, devono presentare un rapporto tra la proiezione al suolo della superficie totale dei moduli fotovoltaici installati sulla serra e la superficie totale della copertura della serra stessa non superiore al 50%.

Di interesse per le imprese agricole


Parte B

Parte B (Sogni):

1. Diffusione degli impianti fotovoltaici a livello nazionale e locale;

2. Attività LEAP per Cariparma: considerazioni statistiche e casi di investimento in agricoltura;

3. Conclusioni.


Impianti installati in Italia: effetti del Conto EnergiaGrafici della numerosità e della potenza totale cumulata degli impianti entrati in esercizio con il Conto Energia

Fonte: GSE


La provincia di Piacenza e quelle limitrofe_1

Fonte: GSE

Grafici della numerosità e della potenza cumulata degli impianti entrati in esercizio suddivisi per fasce di potenza per la provincia di Piacenza e limitrofe

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

Num

ero

impi

anti

0÷3 3÷20 20÷200 200÷1.000 1.000÷7.000

Intervallo di potenza [kW p]

PiacenzaLodiCremonaPaviaParma

0

10

20

30

40

50

60

70

Pot

enza

cum

ulat

a [M

Wp]

0÷3 3÷20 20÷200 200÷1.000 1.000÷7.000

Intervallo di potenza [kW p]

PiacenzaLodiCremonaPaviaParma


Fonte: GSE

Grafici della numerosità e della potenza cumulata del totale degli impianti entrati in esercizio per la provincia di Piacenza e limitrofe

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

Num

ero

tota

le im

pian

ti

Piacenza Lodi Cremona Pavia Parma

0

20

40

60

80

100

120

140

160P

oten

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stal

lata

[MW

p]

Piacenza Lodi Cremona Pavia Parma

La provincia di Piacenza e quelle limitrofe_2


LEAP per Cariparma: analisi tecnica dei componenti

1.Analisi delle caratteristiche tecniche e delle condizioni di garanzia fornite per i principali componenti e confronto con lo stato dell’arte:

• Moduli;• Inverter;• Trasformatori BT/BT o BT/MT.

2.Esame dell’architettura elettrica dell’impianto con particolare attenzione al posizionamento dei contatori per la misura di energia prodotta (incentivata) ed energia immessa in rete (vendita o SSP).


LEAP per Cariparma: stima della producibilità

•Meteo: serie storiche di dati PVGIS-ESRA acquisiti dal 1981 al 1990 da una rete di stazioni meteorologiche terrestri;•Software: simulazione del funzionamento degli impianti mediante PVsyst - versione 5.21;


LEAP per Cariparma: analisi economica

1.Determinazione del trattamento fiscale specializzato sulla base della ragione sociale del soggetto responsabile dell’impianto secondo le circolari della Agenzia delle Entrate, le delibere AEEG e le disposizioni del GSE:

• IRES• IRAP

2.Calcolo dei flussi di cassa e dei principali indici di valutazione degli investimenti:

• Ritenute d’acconto esercitate dal GSE• Applicazione dell’IVA

• Net Present Value (NPV)• Pay Back Time attualizzato• Internal Rate of Return (IRR)

Flusso di cassa cumulato ed attualizzato per differ enti tassi di attualizzazione

-4,00

-3,50

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Anni

M€

0,00% 2,50% 5,00% 7,50% 10,00% 12,50%


LEAP per Cariparma: impianti valutati


Statistiche impianti valutati da LEAP

Tipologia di impianto FV

62%

3%

30%

5%

Su edificio Su pensiline, serre, …

A terra (statici) A terra (ad inseguimento)0

5

10

15

20

25

0÷200 200÷400 400÷600 600÷800 800÷1000 >1.000

Potenza nominale [kW p ]

Suddivisione degli impianti per potenza nominale in stallata

Smaltimento dell'eternit (solo impianti su edificio)

77%

23%

Con smaltimento Senza smaltimento

Tipologia di moduli FV montati

72%

22%

6%

Policristallini Monocristallini Amorfi, film sottile, …


Confronto tra le performance economiche degli impianti FV in funzione del conto energia vigente:

Impianti valutati da LEAP: performance economiche

PBT al 5% del tasso d'attualizzazione

8,71

10,9511,46

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Secondo ContoEnergia

Terzo Conto Energia Quarto Conto Energia

[ann

i]

IRR su 20 anni di vita utile

13,05%

10,07% 10,27%

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

Secondo ContoEnergia

Terzo Conto Energia Quarto Conto Energia

Generalmente le stime condotte con software di simulazione risultano prudenziali rispetto alla produzione effettiva.


Stime producibilità vs. produzione effettiva_1

Confronto tra la produzione elettrica stimata con il software PVsyst(dati meteo PVGIS-ESRA) e quella effettivamente misurata da ENEL Distribuzione dopo l’entrata in esercizio dell’impianto per uncaso di studio:

lug-11ago-11

Stima PVsyst (dati meteoPVIGS-ESRA)

Misura ENEL Distribuzione

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

Produzione elettrica

[kWh]

Impianto FV da 999 kW p a Torre d'Isola PV (azimut 0°, tilt 30°)

Stima PVsyst (dati meteo PVIGS-ESRA) Misura ENEL Distribuzione


Confronto tra la produzione elettrica stimata con il software PVsyst(dati meteo PVGIS-ESRA) e quella effettivamente letta dal GSE per calcolo incentivi in un caso di studio:

Stime producibilità vs. produzione effettiva_2

Impianto 493 kWp - a terra - zona Piacenza

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

apr-11 mag-11 giu-11 lug-11 ago-11 set-11 ott-11 nov-11 dic -11

Pro

duzi

one

elet

tric

a m

ensi

le [k

Wh]

STIMA LEAP

LETTURA GSE


Impianti valutati da LEAP: costo investimento

Costo d'investimento specifico per tipologia d'impi anto e per Conto Energia vigente

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

Impianti su edificio con smaltim

ento eternit 2CE


ento eternit 3CE


ento eternit 4CE

Impianti su edificio senza smaltimento eternit 2CE



Impianti su serre, pensiline, … 2CE



Impianti a terra 2CE



Impianti ad inseguimento 2CE

Impianti ad inseguimento 3CE

Impianti ad inseguimento 4CE[€

/kW

p]


Evoluzione del costo specifico di investimento per impianti fotovoltaici in Europa:

Confronto con trend costo investimento europeo

Fonte: EPIA

Negli ultimi 5 anni: riduzione del 50%

Riduzione 2010-2011: circa 15%


Casi e scenari di investimento in agricolturaCaso reale analizzato: impianto su copertura di azienda agricola con smaltimento amianto, cessione dell’energia con ritiro dedicato. Costruzione di 3 scenari: 1-senza smaltimento amianto; 2– 2013, con smaltimento amianto, riduzione costi prudenziale; 3– 2013, con smaltimento amianto, riduzione costi avanzata.

CASO REALE: con amianto

SCENARIO 1: senza amianto

SCENARIO 2: 2013 - con amianto -

riduzione costi 3%

SCENARIO 3: 2013 - con amianto -

riduzione costi 10%

1° semestre 2012 1° semestre 2012 1° semestre 2013 1° semestre 2013

Quarto Quarto Quarto Quarto

Feed in premium Feed in premium Feed in tariff Feed in tariff

293,75 293,75 293,75 293,75

735.000 698.250 712.950 661.500

2.502 2.377 2.427 2.252

0,274 0,224 0,331 0,331

75.126 61.417 90.754 90.754

21.544 21.544 0 0

200.466 86.962 159.936 222.704

13,29 16,18 14,10 12,38

8,11 6,46 7,58 8,78

Ricavi da Conto Energia 1° Anno [€]

Ricavi da Vendita Energia 1° Anno [€]

Tipologia di incentivazione

INDICI DI VALUTAZIONE DELL'INVESTIMENTO

IRR (Internal Rate of Return) a 20 anni [%]

PARAMETRI

Costo di investimento [€]

Costo di investimento specifico [€/kWp]

NPV (Net Present Value) a 20 anni [€]

Pay Back Time con tasso attualizz. 5% [anni]

Periodo di entrata in esercizio

Conto Energia vigente

Potenza impianto [kWp]

Tariffa + premi [€/kWh]


Conclusioni• La tecnologia fotovoltaica consente l’utilizzo di una forma di energia molto “democratica” che rappresenta uno dei pilastri di una vera e propria rivoluzione del mondo energetico;

•Vantaggi tecnici: assenza emissioni di inquinanti e di gas ad effetto serra, risparmio combustibili fossili, disponibilità della fonte solare, possibilità di integrazione con altre tecnologie delle rinnovabili;

•Le analisi sul futuro del comparto fotovoltaico sono concordi nel prevederne una consistente espansione con tassi di crescita medi per il periodo 2012-2020 che vanno dal 21 al 28%;

• È necessario il raggiungimento di un quadro normativo stabile che consenta un’adeguata programmazione degli investimenti sia da parte degli operatori del settore, sia da parte dei committenti di nuovi impianti;

•Per il mondo agricolo l’investimento fotovoltaico rappresenta una buona occasione di integrazione del reddito, soprattutto se abbinata a meccanismi virtuosi come lo smaltimento dell’amianto.

•Ruolo chiave nel garantire per il futuro investimenti economicamente molto interessanti, nonostante la riduzione degli incentivi, lo hanno i processi che sono in corso sul fronte dell’evoluzione tecnologica e della riduzione del costo di impianto.


GRAZIE PER L’ATTENZIONE!

Ing. Stefano Signorini, Ing. Alberto Sogni – Consorzio LEAP

www.leap.polimi.it

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