EPBT fotovoltaico: sostenibilità e ritorno energetico

Le stime dell’EPBT di un impianto fotovoltaico possono variare in base alle ipotesi considerate.
In genere, però, il calcolo include non solo l’energia utilizzata per la fabbricazione del pannello, ma anche quella necessaria per il trasporto, l’installazione e la dismissione a fine vita.

Tenendo conto di queste indicazioni, la formula per determinare l’EPBT può essere espressa nel modo seguente:

Nella quale:

Emat = energia spesa per la fornitura del materiale;

Eprod = energia spesa per la produzione del pannello;

Etras = energia spesa per il trasporto;

Einst = energia spesa per l’installazione;   

Edis = energia spesa per la dismissione a fine vita dell’impianto;

Egen = energia generata durante tutta la vita operativa dal pannello;

Eo&m = energia spesa per le operazioni di manutenzione e gestione del pannello.

Il numeratore della formula sopra riportata indica quindi l’energia complessiva per produrre e mettere in funzione il pannello nel luogo di installazione, mentre il denominatore rappresenta l’energia effettivamente prodotta in un periodo di tempo, solitamente 1 anno.
Dividendo quindi l’energia spesa per l’energia prodotta in un anno otterremo il numero di anni necessari al ripagamento energetico del pannello.

È importante aggiungere delle precisazioni per evitare errori comuni:

• L’energia prodotta in 1 anno (riportata a denominatore) è equivalente ad 1 anno solare
• includendo fattori come:
  • l’alternanza giorno notte
  • la differente producibilità tra stagioni diverse
  • momenti della giornata diversi e vari fenomeni aleatori quali giorni di pioggia e nuvolosità

Se ottenessimo un EPBT di 3 anni, questo indicherebbe che, dopo tre anni dall’installazione, il pannello avrà prodotto un quantitativo di energia pari a quella impiegata per realizzarlo. Si tratta di tre anni reali, non di un periodo ideale di radiazioni continua e ottimale, poiché già comprensivi delle variazioni dovute al ciclo giorno-notte, alle stagioni e alle condizioni meteorologiche.

Quindi L’EPBT fotovoltaico dipende sia dalla località di installazione, che incide significativamente sulla producibilità del pannello, sia dalla tecnologia utilizzata, che determina l’energia necessaria per la sua realizzazione.

Attualmente esistono diverse tecnologie fotovoltaiche, tra cui quelle a base di silicio, oggi tra le più diffuse sul mercato. Le tecnologie più adottate raggiungono valori di efficienza prossimi al 20% e una durata di vita di circa 25 anni.

Un articolo del 2013 di Peng J. et al. ¹ riporta che un pannello in silicio monocristallino presenta un EPBT leggermente superiore ai 2 anni se installato nel sud dell’Europa, mentre lo stesso pannello, collocato nel Regno Unito, può superare i 7 anni a causa del minor irraggiamento annuo.

• La tecnologia in silicio multicristallino mostra tempi di rientro analoghi, che nel Sud Europa possono superare di poco i 3 anni.
• Quella al tellururo di cadmio (CdTe), offre un EPBT fotovoltaici ancora più competitivi, intorno a 1 anno, grazie alla minore energia richiesta per la fabbricazione
• I moduli CIS (Diseleniuro di Rame e Indio) si attestano invece su valori di EPBT leggermente superiori, intorno ai 3 anni, a causa della minore efficienza.

EPBT in evoluzione: impianti sempre più efficienti

Ad oggi, grazie ai continui miglioramenti di efficienza dei pannelli e dei processi produttivi (che si traducono in maggior energia prodotta dal pannello e anche minor energia impiegata per la sua produzione) gli EPBT riescono a raggiungere valori inferiori ai 2 anni in Europa.

EPBT molto ridotti consentono di rendere sostenibile una tecnologia verde ma in rapida espansione: poiché gli impianti fotovoltaici crescono in modo esponenziale, come mostrato nell’immagine qui sotto, è necessario che l’EPBT sia sufficientemente basso da consentire che l’energia spesa per la loro produzione sia coperta da fonti rinnovabili, al fine di garantire la sostenibilità complessiva del sistema.

Il fotovoltaico è diventato nel corso degli anni una fonte di energia di vitale importanza per la riduzione delle emissioni di gas climaalteranti. Se vent’anni fa gli EPBT risultavano ancora poco attrattivi, oggi, grazie alla crescita dell’efficienza dei moduli e alla diminuzione dell’energia impiegata per la loro produzione, i tempi di rientro energetici sono altamente competitivi.

Paradossalmente, la grande crescita del fotovoltaico, diventata esponenziale grazie ai costi sempre più contenuti per i grandi volumi produttivi, è diventata un potenziale problema per la sostenibilità: si è posto infatti un EPBT inferiori ai 2 anni per poter rientrare dell’energia spesa in una produzione sempre più imponente.

In particolar modo, l’EPBT deve essere inferiore al tempo di raddoppio della produzione ²

Ad oggi, tempi di rientro inferiori ai 2 anni e prossimi addirittura all’anno, in funzione della tecnologia e del luogo di installazione, indicano il fotovoltaico come effettiva tecnologia “verde”, poiché può teoricamente sostenersi senza ricorrere all’utilizzo di fonti fossili.

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1. Review on life cycle assessment of energy payback and greenhouse gas emission of solar photovoltaic systems, 2013, Peng J. et al.

2. Comprehensive Renewable Energy, 2012