RICERCA ITALIANA     

Gli impianti con pannelli fotovoltaici presentano problematiche tecniche e tecnologiche differenti a seconda che siano utilizzati in configurazione “in isola” (stand alone), cioè quando rappresentano l’unica fonte per la produzione di energia elettrica di un’utenza, o in configurazione “interconnessa” (grid connected), ossia quando immettono l’energia elettrica prodotta nella rete di distribuzione pubblica. Nel primo caso, a causa dell’aleatorietà della disponibilità della fonte solare, dipendente principalmente dalle condizioni meteorologiche, si rende necessario utilizzare dispositivi per l’accumulo di energia elettrica in modo da avere energia elettrica a disposizione anche nei periodi in cui non è possibile produrla direttamente con i pannelli fotovoltaici. Sia per i sistemi in isola, sia per quelli connessi alla rete si pone il problema di rendere l’energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico (in corrente continua) “compatibile” con quella che è trasmessa nelle reti elettriche tradizionali ed usate, ad esempio, nelle utenze domestiche (in corrente alternata). Si rende pertanto necessario l’impiego di opportune apparecchiature di elettronica di potenza che provvedano alla conversione dell’energia elettrica da corrente continua, prodotta dai pannelli fotovoltaici, in corrente alternata, necessaria per le utenze civili e industriali.

SISTEMI DI ACCUMULO

Allo stato attuale l’energia elettrica può essere accumulata con tecnologie che si differenziano sia per i principi fisici di funzionamento (elettrostatico, elettrochimico) sia per le caratteristiche prestazionali (potenza specifica, densità di energia, efficienza dell’accumulo e della riconversione). Le soluzioni che sembrano essere più adatte per impianti di generazione distribuita con pannelli fotovoltaici sono le batterie elettrochimiche, i condensatori elettrochimici (supercondensatori) e i sistemi di stoccaggio con accumulo di idrogeno.

Batterie elettrochimiche

Le batterie elettrochimiche costituiscono una tecnologia di accumulo consolidata. Sono disponibili in commercio con forme costruttive diversificate sia per la geometria sia per le coppie elettrochimiche degli elettrodi. In particolare, le batterie al piombo acido si distinguono per la loro affidabilità ed economicità, oltre che per soddisfacenti caratteristiche di densità di energia e di potenza. Esse rappresentano, perciò, la soluzione di accumulo più tradizionale per le applicazioni industriali e di generazione distribuita. Il funzionamento sia in carica sia in scarica di una batteria è riconducibile a reazioni elettrochimiche di ossidoriduzione. Quando una batteria è collegata ad un carico elettrico, l’elettrodo positivo si riduce, il negativo si ossida mentre all’interno dell’elettrolito ioni positivi si muovono verso il catodo e ioni negativi verso l’anodo. Durante il processo di carica i moti degli ioni si invertono e gli elettrodi recuperano gradualmente il loro stato di ossidazione iniziale.

Condensatori elettrochimici

I condensatori elettrochimici rappresentano una tecnologia di accumulo innovativa, caratterizzata da una densità di energia relativamente bassa (minore dello stoccaggio con idrogeno e delle batterie elettrochimiche) e da una densità di potenza estremamente elevata. Poiché l’accumulo di energia elettrica si basa su processi elettrostatici quasi reversibili, essi presentano, inoltre, un rendimento elevato ed una lunga durata di vita. Per le loro caratteristiche operative, i condensatori elettrochimici possono essere impiegati efficacemente in sistemi di accumulo combinati; essi possono costituire sistemi di supporto alle batterie per alimentare picchi di potenza di breve durata.

Sistemi a idrogeno

Negli ultimi anni i sistemi basati sull’idrogeno sono diventati sempre più competitivi grazie ai consistenti progressi nelle tecniche di realizzazione delle celle a combustibile e dei sistemi di elettrolisi, fattori che hanno contribuito a una sostanziale riduzione dei costi di produzione. L’elettrolisi dell’acqua è un processo elettrochimico che produce idrogeno ed ossigeno allo stato gassoso a partire da acqua demineralizzata. L’energia necessaria a scindere le molecole di acqua deve essere fornita da una alimentazione elettrica esterna. Gli elettrolizzatori sono disponibili sul mercato con diverse taglie di potenza (da pochi kW a centinaia di MW) e possono generare idrogeno e/o ossigeno sia per lavorazioni industriali (taglio di metalli, industria chimica) sia per accumulo energetico. Allo stato attuale, le tecnologie per l’elettrolisi dell’acqua sono essenzialmente l’elettrolisi alcalina (con elettrolita liquido di natura alcalina), l’elettrolisi con membrana a scambio protonico PEM (membrane polimeriche) e l’elettrolisi ad ossidi solidi (con elettrolita solido ceramico).