Fotovoltaico sull’Acqua: La Rivoluzione Galleggiante che Batte la Terraferma?

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi affascina da matti: l’energia solare. Sappiamo tutti quanto sia cruciale trovare modi puliti ed efficienti per produrre energia, vero? Il fotovoltaico (PV) è una delle stelle più brillanti in questo firmamento di soluzioni rinnovabili. Pannelli sui tetti, grandi impianti a terra… li vediamo sempre più spesso. Ma se vi dicessi che c’è un modo forse ancora più smart di sfruttare il sole, soprattutto dove fa caldo o lo spazio a terra scarseggia? Parlo del fotovoltaico galleggiante!

Recentemente mi sono imbattuto in uno studio super interessante condotto a Samsun, in Turchia. I ricercatori hanno messo a confronto diretto due sistemi fotovoltaici identici, con pannelli policristallini da 12W: uno installato classicamente sul terreno e l’altro… beh, galleggiante sull’acqua! L’obiettivo? Capire quale dei due se la cavasse meglio sotto diversi punti di vista: energia prodotta, efficienza “di qualità” (la cosiddetta exergia, tra poco vi spiego), impatto ambientale ed economico. E i risultati, ragazzi, sono stati sorprendenti!

Il Tallone d’Achille del Fotovoltaico Tradizionale: il Caldo!

Prima di tuffarci nei risultati, facciamo un passo indietro. Perché cercare alternative ai classici impianti a terra o sui tetti? Beh, hanno i loro limiti. Uno dei più grandi è il surriscaldamento. I pannelli solari danno il meglio attorno ai 25°C, ma sotto il sole cocente, specialmente d’estate, la loro temperatura può schizzare ben oltre i 60°C! E per ogni grado sopra la soglia ideale, l’efficienza cala (circa 0.4-0.5% in meno). Questo non solo riduce l’energia prodotta, ma accelera anche l’invecchiamento dei pannelli.

Certo, esistono sistemi di raffreddamento, ma spesso sono costosi o complessi. E poi c’è il problema dello spazio. I grandi impianti a terra “rubano” terreno prezioso all’agricoltura o ad aree naturali. Quelli sui tetti sono limitati dalla dimensione, dall’orientamento e dalle ombre degli edifici vicini. Insomma, servono idee nuove!

L’Idea Geniale: Mettere i Pannelli… sull’Acqua!

Ed ecco che entra in gioco il fotovoltaico galleggiante (spesso chiamato FPV – Floating PhotoVoltaic). L’idea è semplice quanto brillante: installare i pannelli su strutture galleggianti posizionate su laghi, bacini idrici, stagni per l’irrigazione… persino in mare! Qual è il vantaggio principale? L’acqua stessa!

L’acqua ha una capacità termica molto più alta del terreno. Questo significa che assorbe e dissipa il calore molto più efficacemente. I pannelli montati sull’acqua beneficiano di un raffreddamento passivo naturale. Stanno più freschi, e come abbiamo visto, pannelli più freschi = pannelli più efficienti!

Nello studio turco, la differenza è stata netta: il sistema sull’acqua manteneva una temperatura media del modulo inferiore del 14.18% rispetto a quello a terra. Immaginate, sotto il sole di mezzogiorno, mentre il pannello a terra boccheggiava a quasi 61°C, quello sull’acqua se ne stava più tranquillo a circa 53-54°C. Una bella differenza!

Acqua vs Terra: La Sfida Energetica

Questa differenza di temperatura si traduce direttamente in prestazioni migliori. Tenetevi forte: il sistema FPV ha prodotto il 24.4% in più di energia su base annua rispetto al gemello terrestre! Avete capito bene, quasi un quarto di energia in più solo grazie all’effetto rinfrescante dell’acqua.

Guardando all’efficienza istantanea, a mezzogiorno (quando il sole picchia di più), il sistema acquatico raggiungeva un’efficienza energetica del 12.95%, contro il 10.56% di quello terrestre. Un miglioramento del 16.5%! Questo dimostra che proprio quando serve di più, l’FPV dà il meglio di sé rispetto alle soluzioni tradizionali che soffrono il caldo.

Non Solo Energia: L’Importanza dell’Exergia

Ok, “energia” la capiamo tutti. Ma i ricercatori hanno guardato anche all’exergia. Cos’è? In parole povere, è una misura della *qualità* dell’energia, della sua capacità di compiere lavoro utile. L’energia solare è di altissima qualità, ma nel processo di conversione in elettricità, una parte di questa qualità si perde, soprattutto sotto forma di calore dissipato inutilmente. Un sistema con alta efficienza exergetica spreca meno “potenziale utile”.

E qui, l’FPV vince ancora! L’efficienza exergetica annua del sistema sull’acqua è risultata superiore del 13.1%. A mezzogiorno, l’efficienza exergetica era del 14.28%, ben il 14% in più rispetto al sistema a terra. Questo significa che non solo produce più energia (quantità), ma quell’energia è anche convertita in modo più “pregiato”, con meno sprechi termodinamici. Il raffreddamento dell’acqua riduce le perdite di calore “inutile”, migliorando la qualità complessiva del processo. Pensateci: meno calore sprecato significa meno “entropia” generata, un concetto chiave della termodinamica che indica il disordine o l’inutilizzabilità dell’energia.

Un Respiro per il Pianeta: Meno CO2 e Acqua Salva

Passiamo all’ambiente. Più energia pulita significa meno bisogno di fonti fossili, e quindi meno emissioni di CO2. Lo studio ha calcolato che il sistema FPV, grazie alla sua maggiore produzione, permette di evitare l’emissione di 14.769,88 kg di CO2 all’anno in più rispetto al sistema a terra. Si tratta di un miglioramento del 13.3% anche da questo punto di vista! È come togliere dalla strada diverse auto ogni anno, solo grazie a un singolo impianto (ovviamente rapportato alla scala).

Ma non è tutto! Gli impianti FPV hanno un altro asso nella manica: riducono l’evaporazione dell’acqua sottostante. Coprendo la superficie, limitano l’effetto del sole e del vento, conservando una risorsa preziosissima, specialmente in zone aride o soggette a siccità. Alcuni studi parlano di riduzioni dell’evaporazione fino all’80%! Un doppio vantaggio incredibile: energia pulita e risparmio idrico.

Costa di Più, Ma Conviene? L’Analisi Economica

A questo punto vi chiederete: “Bello tutto, ma quanto costa?”. È vero, l’investimento iniziale per un impianto FPV è generalmente più alto rispetto a uno a terra. Ci sono i costi delle piattaforme galleggianti, dei sistemi di ancoraggio, magari qualche accorgimento in più per la manutenzione (tipo pulizia da alghe o organismi acquatici, il cosiddetto *biofouling*).

Nello studio turco, l’impianto FPV costava circa un terzo in più all’inizio ($2.430 contro $1.800 per i piccoli sistemi sperimentali usati). Tuttavia, l’analisi economica ha dimostrato che ne vale la pena!
Ecco alcuni dati chiave:

• Valore Attuale Netto (NPV): $568.92 per l’FPV contro $421.75 per quello a terra. L’NPV misura il guadagno totale attualizzato nel tempo, quindi un valore più alto è molto positivo.
• Ritorno sull’Investimento (ROI): Ben l’84% per l’FPV, contro il 62% per quello a terra. Significa che per ogni euro investito, l’impianto sull’acqua ne restituisce di più nel lungo periodo.
• Tempo di Rientro (Payback Period): Qui c’è una leggera differenza a favore del sistema a terra (8.3 anni contro 8.9 anni per l’FPV). Ma parliamo di pochi mesi su un investimento che dura decenni!
• Costo Livellato dell’Energia (LCOE): Leggermente più basso per il sistema a terra ($0.059/kWh contro $0.062/kWh). Questa metrica considera i costi lungo tutta la vita dell’impianto. La differenza è minima e probabilmente compensata dagli altri vantaggi.

In sintesi: sì, costa un po’ di più all’inizio, ma grazie alla maggiore produzione di energia e ai benefici a lungo termine, il fotovoltaico galleggiante risulta economicamente vantaggioso.

Le Sfide Future e le Prossime Frontiere

Ovviamente, non è tutto rose e fiori. Come accennato, ci sono sfide tecniche da affrontare per l’FPV su larga scala:

• Durabilità a lungo termine: Come si comportano le strutture galleggianti e i pannelli dopo 20-25 anni in acqua, esposti a umidità costante, vento, onde?
• Biofouling: La crescita di alghe e organismi sulle parti sommerse può richiedere pulizie periodiche.
• Ancoraggio e stabilità: Assicurare che l’impianto resti al suo posto, specialmente in bacini con livelli d’acqua variabili o in condizioni meteo avverse.
• Impatto sugli ecosistemi acquatici: Bisogna studiare bene come la copertura dell’acqua influenzi la vita sottostante (luce, ossigeno, temperatura).

La ricerca sta lavorando sodo per superare questi ostacoli, con nuovi materiali, design più robusti e intelligenti, e strategie di manutenzione ottimizzate. Si stanno esplorando anche tecnologie avanzate come i pannelli bifacciali (che catturano la luce riflessa dall’acqua), sistemi di tracciamento solare integrati e persino l’abbinamento con l’acquacoltura!

Conclusione: Un Futuro Brillante (e Galleggiante!) per il Solare?

Tirando le somme, questo studio comparativo mi ha davvero aperto gli occhi sul potenziale enorme del fotovoltaico galleggiante. Dimostra, dati alla mano, che sfruttare le superfici acquatiche non è solo un modo per ovviare alla mancanza di terra, ma è una strategia che migliora attivamente le prestazioni dei pannelli solari, rendendoli più efficienti, più produttivi e anche più vantaggiosi economicamente nel lungo periodo, senza contare i benefici ambientali in termini di CO2 e risparmio idrico.

Certo, la strada per una diffusione capillare richiede ancora lavoro su standardizzazione, riduzione dei costi e soluzioni per le sfide tecniche. Ma i risultati sono così promettenti che non ho dubbi: vedremo sempre più impianti solari “navigare” sui nostri laghi e bacini. È una prospettiva entusiasmante per un futuro energetico più pulito e sostenibile. Voi che ne pensate? Vi convince questa rivoluzione galleggiante?

Fonte: Springer