Parcheggio con tettoia solare per aziende o centri commerciali – Immagine: Xpert.Digital / PATSUDA PARAMEE|Shutterstock.com
Solar Vanguard – Il pioniere dell’energia solare in un mondo con una nuova energia
Per molti, non si tratta di nulla di speciale, anzi, è una cosa piuttosto comune, e molti la ricordano dalla loro infanzia: gli affascinanti corpi celesti, i "satelliti", e le loro antenne a celle solari che raggiungono distanze enormi. In un sondaggio online, molti hanno associato il fotovoltaico ai pannelli solari sui tetti, ai parchi solari o agli impianti fotovoltaici a terra, ma nessuno ha menzionato l'energia solare spaziale. Nel 1958, il primo satellite, Vanguard I, fu lanciato con celle solari per la produzione di energia. Fu il primo utilizzo professionale di un sistema fotovoltaico e, allo stesso tempo, il punto di partenza per un impressionante sviluppo tecnologico. All'epoca, le principali fonti di produzione energetica erano petrolio, carbone ed energia nucleare.
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All'epoca, nessuno avrebbe potuto nemmeno lontanamente immaginare che questa tecnologia delle celle solari avrebbe un giorno rivoluzionato l'approvvigionamento energetico. Eppure è successo. Con le pensiline e le facciate solari, la tecnologia e le sue applicazioni si sono ulteriormente sviluppate.
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Oltre all'obbligo di installazione di impianti solari e alle direttive UE, molti stanno lavorando per accelerare la transizione dalla produzione di energia da combustibili fossili a quella solare. Attualmente, l'elettromobilità è un obiettivo chiave, poiché la mobilità in generale è uno dei principali motori delle emissioni di CO2, che devono ora essere ridotte per il bene dell'ambiente, dell'umanità e della Terra, e ridotte al minimo entro i prossimi 20-30 anni, almeno in Europa. La CO2 è dannosa per il clima. Essendo un gas serra, impedisce al calore di fuoriuscire dalla Terra verso lo spazio, causando un riscaldamento crescente della Terra.
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Il fotovoltaico consente inoltre di compiere il passo verso un'alimentazione elettrica decentralizzata e autonoma. Tutti hanno la possibilità di produrre la propria elettricità a un prezzo relativamente più basso, senza dipendere da terzi. Ciò non era possibile con le centrali a carbone e l'energia nucleare.
Riguarda anche i costi più elevati che in futuro accompagneranno le normative sulla tutela ambientale, i picchi di domanda di elettricità (stabilità delle infrastrutture e della rete) e il bilancio delle emissioni di CO2.
In futuro, il bilancio di CO2, detto anche bilancio dei gas serra o impronta di CO2, acquisirà un'influenza sempre più decisiva se sarà soggetto a imposte e supplementi di costo nell'etichettatura di CO2 di beni e servizi.
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Ciò significa che chiunque non utilizzi un proprio sistema di alimentazione autonoma, ma continui a fare affidamento su tecnologie esterne basate su combustibili fossili e energia nucleare, dovrà aspettarsi di pagare un sovrapprezzo di CO2 (impronta di CO2) in futuro, il che rappresenta un significativo svantaggio competitivo rispetto agli altri. I prodotti più costosi di quelli della concorrenza non sono sostenibili a lungo termine. Non è quindi un caso che aziende come Amazon abbiano iniziato ad ampliare la propria fornitura di energia autonoma fin da subito.
Vanguard I - Il primo utilizzo professionale del fotovoltaico
Il 17 marzo 1958, il secondo satellite statunitense, il Vanguard I, fu lanciato nello spazio, alimentato da una batteria chimica e da celle fotovoltaiche per azionare un trasmettitore. Dopo molte esitazioni da parte dell'esercito statunitense, Hans Ziegler (1911–1999) aveva prevalso con la sua idea che un'alimentazione solare avrebbe garantito il funzionamento del trasmettitore più a lungo delle batterie. Contrariamente alle aspettative dell'esercito, i segnali del trasmettitore poterono essere ricevuti fino al maggio 1964, prima che cessasse la trasmissione.
Il successo di questo piccolo satellite e degli scienziati coinvolti pose le basi per la prima applicazione pratica delle celle solari, fino ad allora pressoché sconosciute e, soprattutto, molto costose. Per molti anni, le celle solari furono ulteriormente sviluppate principalmente per applicazioni spaziali, dimostrandosi una fonte di energia ideale per satelliti e sonde spaziali, anche fino a Marte. I lunghi tempi di funzionamento dei veicoli spaziali, rispetto all'alimentazione a batteria, compensavano di gran lunga il prezzo ancora elevato delle celle solari per kilowattora. Inoltre, le celle solari erano e sono tuttora più economiche e meno rischiose dei generatori termoelettrici a radioisotopi, che consentono tempi di funzionamento altrettanto lunghi. La maggior parte dei veicoli spaziali era e è quindi dotata di celle solari per l'alimentazione.
Nel 2008, celle solari ad alta efficienza hanno fornito diversi kilowatt di potenza a satelliti per comunicazioni dotati di oltre 30 transponder, ciascuno con una potenza di trasmissione di circa 150 watt, o addirittura hanno fornito l'energia di propulsione per i propulsori ionici delle sonde spaziali. La sonda spaziale Juno, lanciata nell'agosto 2011, è la prima sonda spaziale a ricavare energia da celle solari particolarmente efficienti e resistenti alle radiazioni durante l'orbita di Giove. Quasi tutti i circa 1.000 satelliti attualmente in funzione nel mondo sono alimentati da energia fotovoltaica. Nello spazio, si raggiunge una potenza di 220 watt per metro quadrato.
Fotovoltaico - Capacità installata in Germania
Fotovoltaico – Capacità installata in Germania – Immagine: Xpert.Digital
La potenza elettrica cumulativa di tutti gli impianti fotovoltaici collegati alla rete in Germania ammontava a circa 54 gigawatt di picco nel 2020. La Baviera è di gran lunga lo stato federale con la maggiore capacità installata, seguita dal Baden-Württemberg e dalla Renania Settentrionale-Vestfalia. Le città-stato di Brema, Amburgo e Berlino presentano la potenza nominale più bassa dei loro impianti fotovoltaici.
Fotovoltaico
La conversione dell'energia luminosa in energia elettrica mediante celle solari descrive la produzione di elettricità tramite impianti fotovoltaici. In Germania, la capacità installata di impianti fotovoltaici è in costante aumento. Questa tendenza è evidente anche a livello globale: circa un quarto della capacità installata totale mondiale si trova in Cina. Seguono Stati Uniti, Giappone e Germania, con una capacità fotovoltaica installata significativamente inferiore.
Energia rinnovabile
Oltre agli impianti fotovoltaici, l'energia idroelettrica è un altro esempio di fonte energetica rinnovabile. A differenza dei combustibili fossili, è rinnovabile. In Germania, l'energia eolica è particolarmente importante. Rispetto ad altri paesi europei, la Germania ha la più alta produzione di energia elettrica da energia eolica. Il Regno Unito e la Spagna seguono a notevole distanza.
Capacità installata (cumulativa) degli impianti fotovoltaici in Germania dal 2000 al 2020
- 2000: 114 megawatt
- 2001: 176 megawatt
- 2002: 296 megawatt
- 2003: 435 megawatt
- 2004: 1.105 megawatt
- 2005: 2.056 megawatt
- 2006: 2.899 megawatt
- 2007: 4.170 megawatt
- 2008: 6.120 megawatt
- 2009: 10.566 megawatt
- 2010: 18.006 megawatt
- 2011: 25.916 megawatt
- 2012: 34.077 megawatt
- 2013: 36.710 megawatt
- 2014: 37.900 megawatt
- 2015: 39.224 megawatt
- 2016: 40.679 megawatt
- 2017: 42.293 megawatt
- 2018: 45.158 megawatt
- 2019: 49.047 megawatt
- 2020: 53.848 megawatt
Fotovoltaico - Quota di produzione di energia elettrica in Germania
Fotovoltaico – Quota di produzione di energia elettrica in Germania – Immagine: Xpert.Digital
Nel 2020, il 9% dell'elettricità prodotta è stato prodotto da impianti fotovoltaici. L'utilizzo di impianti fotovoltaici è diventato sempre più importante nel corso degli anni. La quota di energia solare come fonte energetica rinnovabile è aumentata costantemente dal 2003.
La luce solare come fonte di energia
Il vantaggio del sole come fonte di energia è che è gratuita, senza restrizioni e illimitata. Anche gli esseri umani ne traggono vantaggio, convertendo l'energia luminosa in energia elettrica utilizzando le celle solari. La crescente quota del fotovoltaico nella produzione totale di elettricità può essere attribuita, tra l'altro, alla riduzione dei costi degli impianti e alla crescente consapevolezza dell'uso delle energie rinnovabili.
Fonti di energia rinnovabili
Mentre la quota di energia nucleare e carbone fossile nella produzione di energia elettrica in Germania è in calo, la quota di tutte le fonti energetiche rinnovabili è in aumento. Oltre all'utilizzo di impianti fotovoltaici, l'elettricità viene prodotta anche da fonti energetiche rinnovabili come l'energia idroelettrica, l'energia eolica, la biomassa e l'energia geotermica. Le turbine eoliche onshore producono di gran lunga la maggiore quantità di energia rinnovabile in Germania.
Quota del fotovoltaico nella produzione lorda di energia elettrica in Germania dal 2002 al 2020
- 2002: 0 in %
- 2003: 0,1%
- 2004: 0,1%
- 2005: 0,2%
- 2006: 0,3%
- 2007: 0,5%
- 2008: 0,7%
- 2009: 1,1 in %
- 2010: 1,8%
- 2011: 3,2%
- 2012: 4,2%
- 2013: 4,9%
- 2014: 5,7%
- 2015: 6%
- 2016: 5,9%
- 2017: 6%
- 2018: 6,9%
- 2019: 7,5%
- 2020: 8,9%
Energie rinnovabili - distribuzione della produzione di energia elettrica per fonte energetica
Energie rinnovabili – distribuzione della produzione di energia elettrica per fonte energetica – Immagine: Xpert.Digital
Nel 2020, l'energia eolica terrestre ha rappresentato il 42% della produzione lorda di energia elettrica da fonti rinnovabili in Germania. Considerando tutte le fonti energetiche, comprese quelle convenzionali, l'energia eolica terrestre ha contribuito per circa il 19% alla produzione lorda di energia elettrica nel 2020.
Produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili
Le fonti energetiche rinnovabili, a differenza dei combustibili fossili come il carbone e l'energia nucleare, sono rinnovabili. Attualmente generano quasi la metà dell'elettricità totale della Germania. La produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili è aumentata costantemente negli ultimi 30 anni. A livello nazionale, Meclemburgo-Pomerania Anteriore, Schleswig-Holstein e Turingia sono tra i Länder tedeschi con la più alta quota di energia rinnovabile nella loro produzione lorda di energia elettrica.
Energia eolica in Germania
Nel 2019, la Germania, insieme a Cina e Stati Uniti, è stata uno dei paesi leader al mondo in termini di capacità installata di turbine eoliche. La quantità di elettricità generata dall'energia eolica è aumentata significativamente negli ultimi anni, sia onshore che offshore. Allo stesso tempo, il numero di turbine eoliche, sia offshore che onshore, è aumentato notevolmente.
Distribuzione della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili in Germania per fonte energetica nel 2020
- Energia eolica terrestre: 42%
- Fotovoltaico: 20 in %
- Biomassa: 18%
- Energia eolica offshore: 11%
- Energia idroelettrica*: 7 in %
- Rifiuti domestici**: 2 in %
* Generazione in centrali idroelettriche a flusso continuo e a accumulo, nonché generazione da afflusso naturale in centrali idroelettriche a pompaggio.
** Generazione solo dalla frazione biogenica dei rifiuti solidi urbani (circa 50%). I valori sono stati convertiti in percentuali e arrotondati rispetto alla fonte originale per una migliore comprensione delle statistiche.
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