Pannello solare fotovoltaico. Come funziona vantaggi e differenze

Nei pannelli solari fotovoltaici ha luogo la conversione della radiazione solare in energia elettrica. Come avviene? Il flusso luminoso proveniente dal Sole investe il materiale semiconduttore del pannello solare, normalmente realizzato utilizzando il silicio. Vediamo insieme come.

Il funzionamento del pannello solare. Gli atomi di silicio del pannello solare compongono un reticolato cristallino tridimensionale di forma tetraedrica in cui ognuno di essi mette in comune uno dei suoi quattro elettroni di valenza. L'elettrone in comune è quello con orbita più esterna mediante il quale avviene la conduzione elettrica. Gli altri tre elettroni con orbita più interna sono invece fortemente legati al nucleo dell'atomo e non partecipano alla conduzione.

Allo stato normale gli elettroni esterni si trovano in una fase di valenza e non dispongono dell'energia sufficiente per condurre elettricità. Quando ciò si verifica l'elettrone passa dalla banda di valenza a quella di conduzione ed è libero di muoversi all'interno del reticolato grazie alla stretta vicinanza degli altri atomi di silicio. Nel passaggio di banda lascia dietro di sé una lacuna. Il movimento degli elettroni esterni in banda di conduzione e delle relative lacune continua fin quando è presente l'irraggiamento solare.

La differenza con i materiali conduttori e isolanti. I materiali conduttori possiedono elettroni esterni appartenenti alla stato di valenza e di conduzione. Per questa ragione conducono ottimamente l'elettricità. Le due bande sono sostanzialmente sovrapposte. Al contrario, i materiali isolanti hanno la banda di conduzione molto distante da quella di valenza.

I semiconduttori. Nei semiconduttori, come il silicio, gli elettroni sono allo stato di valenza (come nei materiali isolanti) ma la distanza con la banda di conduzione è minima. E' quindi possibile che un elettrone esterno passi temporaneamente dalla banda di valenza a quella di conduzione. Ciò avviene quando l'elettrone è investito da un flusso luminoso in grado di liberare gli elettroni più esterni. Per ogni elettrone passato alla banda di conduzione si lascia libera una lacuna nella banda di valenza. Come l'elettrone nella banda di conduzione anche la lacuna tende a spostarsi nella banda di valenza per effetto del campo elettrico comportandosi come una carica positiva.

Pannello solare o pannello fotovoltaico? Vantaggi e differenze 

Quando si leggono articoli ed approfondimenti sull’energia prodotta dai pannelli, spesso si può fare confusione tra quelli solari e fotovoltaici. Le due tecnologie però presentano diverse differenze, in termini di utilizzo, costi e durata.
Il pannello fotovoltaico è caratterizzato dalla presenza di silicio: assorbe l’energia del sole ed insieme ad altri materiali conduttori genera energia elettrica.
Il pannello solare termico utilizza invece un raccoglitore che riscalda sostanze fluide (generalmente acqua) stabilizzandole ad una temperatura impostata direttamente dall’utilizzatore.
Quando si vuole energia elettrica per la propria abitazione, si installa quindi un impianto fotovoltaico, mentre se si necessita dell’acqua calda, si sceglieranno pannelli solari termici.
A livello di efficienza, i pannelli solari sono molto performanti, raggiungendo una percentuale di 80% di energia convertita, mentre i fotovoltaici si aggirano tra il 5 ed il 15%.

Ai nostri giorni, considerando i contributi concessi dallo Stato, appare più conveniente l’installazione di un pannello solare, che risulta meno dispendioso e più efficace: i prezzi variano da 1.400 a 3.500 euro; la durata di questi pannelli è di circa 20 anni, ma necessitano di manutenzione costante.
I pannelli fotovoltaici invece comportano un esborso variabile tra 6.000 e 12.000 euro a seconda delle capacità energetiche, fino a raggiungere cifre intorno ai 15.000 euro per i modelli più performanti; indicativamente durano 20-25 anni e consentono un evidente risparmio in bolletta.

Con i prezzi e gli incentivi attuali quanto rende investire in un piccolo impianto fotovoltaico? Siamo riusciti a desumere alcune ipotesi di investimento in varie zone della Penisola per due tipologie di impianti FV: 3 e 20 kWp. I risultati confermano che il fotovoltaico resta ancora un ottimo investimento.

Come sappiamo, con la nuova versione del conto energia entrata in vigore lo scorso maggio (qui la sintesi), la quota di incentivo per kWh prodotto diminuirà progressivamente fino al 2016. Per gli impianti domestici da 3 kW sugli edifici, nel corso del 2012 gli incentivi previsti dal quarto conto energia andranno dagli 0,274 euro per kWh di inizio anno agli 0,252 €/kWh del secondo semestre; per quelli da 20 kW, sempre su tetto, il premio nei primi 6 mesi di quest’anno sarà di 0,233 €/kWh e nel secondo semestre 0,206 €/kWh.

Ma anche i prezzi in questo ultimo anno sono scesi tantissimo: per dare un’idea, il valore di mercato di un modulo FV cristallino di basso costo a novembre 2010 era attorno a 1,60 €/Wp; ora ci sono prodotti venduti anche sotto 0,90 €/W. Un crollo di prezzo che ovviamente si riflette sul costo totale degli impianti, sul quale i moduli pesano per circa il 45%.

Per i consumatori ciò significa che, seppure con una diminuzione degli incentivi, il fotovoltaico è ancora un investimento interessante con tempi di ritorno piuttosto rapidi. Lo mostrano bene le ipotesi di investimento che abbiamo ottenuto consultando diversi installatori. Come detto, si tratta di preventivi per impianti da 3 e da 20 kW installati al Nord, al Centro e al Sud Italia che ipotizziamo possano entrare in esercizio nel primo semestre del 2012.

I costi medi per kWp installato che abbiamo rilevato si aggirano intorno a 3.400 € per gli impianti da 3 kWp e scendono fino a 2.500 per impianti da 20 kWp. Con una producibilità, variabile in base allla località di installazione, avremo a Milano impianti che produrranno circa 1.200 kWh annui per kWp installato, a Roma circa 1.450, mentre a Palermo arriveranno anche fino a 1.600.

Con gli incentivi del primo semestre 2012 e con la sovrapproduzione pagata 13-14 centesimi per kWh immesso in rete (ipotesi), considerati i consumi medi di una famiglia italiana e i conseguenti risparmi in bolletta, si possono stimare tempi medi di rientro dell'investimento molto più rapidi dei 9 anni che le aziende valutano solo nel 2009.

Per impianti da 3 kWp, mediamente i tempi di ritorno dell'investimento si aggirano intorno ai 5 anni e mezzo; al Sud si riesce a scendere fino a 4 e mezzo. Secondo i preventivi più economici bastano invece 5 anni per rientrare dell'investimento per un impianto da 20 kWp a Milano e addirittura sarebbero sufficienti meno di 4 anni a Palermo.

Facciamo qualche esempio. Consideriamo un impianto da 3 kWp (con scambio sul posto), il cui costo - secondo un preventivo che si colloca nella fascia di mezzo - ammonta a 10.150 € (Iva inclusa 10%), interamente pagato con capitale proprio. A Milano con una resa di 3.648 kWh/anno, l'impianto FV frutterebbe di incentivi 1.098,21 €/anno circa, da sommare a 510,80 € di risparmio in bolletta, per un totale di circa 1.609 €/anno. L’investimento si ripagherebbe in 6,3 anni e nei 20 anni di durata dell’incentivo si avrebbero benefici economici per 32.180 €: un guadagno netto di oltre 22mila euro, cui va aggiunto il risparmio in bolletta di cui si potrà usufruire nella restante vita utile dell’impianto (25-30 anni), oltre il periodo incentivato (vedi sotto).

Ancora più interessanti le ipotesi di investimento più a sud: lo stesso impianto a Roma (vedi dettaglio) farebbe rientrare dal’investimento in 5 anni e renderebbe in 20 anni 40.225 euro; a Palermo (dettaglio) farebbe rientrare dal’investimento in 4,6 anni e renderebbe in 20 anni 44mila euro.

Ottimo affare, nonostante l’incentivo più basso, anche un impianto di taglia più grande (ma sempre realizzabile in ambito residenziale e con scambio sul posto). Sempre stando a un preventivo “mediano”, un impianto da 20 kWp verrebbe a costare 50.525 euro: a Milano (dettaglio) si ripagherebbe in 5,2 anni e in 20 anni renderebbe circa 195mila euro (guadagno netto circa 145 mila euro), a Roma (dettaglio) rientrerebbe in 4,1 anni e produrrebbe quasi 244mila euro, mentre a Palermo (dettaglio) si coprirebbe la spesa in 3,8 anni e in 20 anni si avrebbero entrate per poco meno di 267mila euro.

Questa la situazione per impianti pagati interamente con capitale proprio. Tuttavia circa il 90% delle installazioni fotovoltaiche realizzate in Italia è finanziata (totalmente o parzialmente) da banche. Il rendimento e i tempi di ritorno in quel caso variano, a seconda dei tassi applicati dai vari istituti di credito. Per impianti da 3 kWp il tasso di interesse si aggira in media sul 7-7,5% (al Sud il tasso è in genere superiore a quello praticato al Nord).

Ovviamente il finanziamento influisce sul rientro dell'investimento: qui vedete a confronto i grafici di rientro dell'investimento per un impianto da 3 kWp a Roma (costato 11.180 euro, leggermente più caro della media) senza finanziamento (sopra) o con prestito, per il costo totale, con capitale finanziato al tasso del 7,5% (sotto).

Per impianti da 20 kWp i prestiti sono invece più a buon mercato e si può avere un finanziamento a tassi medi del 5%. Qui sotto il confronto sul rientro di un impianto a Roma (costato 53.900 euro) con o senza finanziamento a un tasso del 5%.