martedì 10 settembre 2019

I pannelli solari possono diminuire il riscaldamento globale?

Le celle fotovoltaiche hanno bisogno della luce solare per generare elettricità, ma con i raggi arriva anche il calore. Mentre il pianeta si riscalda, gli scienziati avvertono che le temperature potrebbero diventare troppo elevate per consentire ai pannelli solari di funzionare in modo efficiente.



Attualmente, la tecnologia solare fotovoltaica costituisce il 55 percento di tutta la capacità di energia prodotta da fonti rinnovabili e continuerà a crescere, secondo un rapporto del 2018 sullo stato delle energie rinnovabili. In un recente articolo del Massachusetts Institute of Technology ha scoperto che per ogni grado di aumento della temperatura in gradi Celsius, la tensione in uscita dei moduli solari diminuisce in media dello 0,45 percento. Nell'ambito di uno scenario di riscaldamento previsto dal Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici delle Nazioni Unite, che stima che la temperatura globale aumenterà di 1,8 gradi C entro il 2100, si ottiene una riduzione dell'1%.

Il rapporto calcola che la riduzione mediana sarà di circa 15 kilowattora (kWh) per installazione, ma in alcune regioni, dove l'aumento della temperatura sarà maggiore, fino a 50 kWh. "Se guardi le mappe [nel rapporto], ci sono luoghi che scaldano di molto più di 2 gradi - luoghi che colpiscono vicino a casa", dice Tonio Buonassisi del MIT, che è stato coautore dello studio con il collega ricercatore di fotovoltaico Ian Marius Peters. Queste regioni includono gli Stati Uniti meridionali, l'Africa meridionale e l'Asia centrale.

Un calo dell'1 percento nella generazione di energia solare per pannello fotovoltaico potrebbe non sembrare molto, ma se si tiene conto di tutti i pannelli in tutto il mondo, si sommano. Prevedere la domanda di energia solare è complicato, afferma Peters, ma si consideri il presupposto che entro il 2100 il solare fornirà almeno il 50% della domanda di energia e che a quel punto ci saranno miliardi di pannelli solari con una capacità fotovoltaica installata totale di circa 20 terawatt . Solo l'1 percento di questo potrebbe essere sufficiente per soddisfare la domanda di energia di un intero paese. "Un piccolo effetto su qualcosa di enorme può ancora avere un impatto apprezzabile", afferma Peters.



Peters nota che i numeri, anche se raccontano, sono speculativi. La temperatura dell'aria è solo una delle numerose variabili che determinano l'efficienza del pannello solare. Ci sono altri fattori legati al clima, come l'umidità - più acqua c'è nell'aria che blocca i raggi del sole dal raggiungere i pannelli, meno energia viene generata - e polvere. Allo stesso tempo, poiché la tecnologia solare continua a migliorare, così anche le prestazioni di ogni installazione.

A breve termine, le riduzioni influenzeranno il mercato dell'energia solare. "I margini economici rimarranno bassi", afferma Buonassisi. "Se si priva un pannello solare dell'1 percento della produzione di energia e si dice che si scende dal 3 percento [margine di profitto] al 2 percento, si tratta di un calo del 33 percento delle entrate nette, quindi è davvero un grosso problema."

Con l'aumentare della dipendenza globale dall'energia solare, sarà necessario installare più pannelli per soddisfare la domanda in rapida crescita. Secondo una stima, il mondo aggiungerà 70.000 pannelli solari ogni anno solo nei prossimi cinque anni. Ciò richiederà spazio.

"I poteri rinnovabili tendono ad occupare vaste aree di terra, in particolare quando è solare", afferma Chad Higgins, professore di scienze agrarie alla Oregon State University. Quanto dipende da diverse cose, tra cui il progresso della tecnologia solare e le condizioni del microclima. Utilizzando i dati provenienti da impianti solari esistenti, il National Renewable Energy Laboratory ha calcolato nel 2013 che alimentare 1.000 case negli Stati Uniti richiederebbe la conversione di 32 acri di terra (circa 24 campi da calcio) in una centrale solare in grado di generare 1 gigawattora all'anno .

Su scala globale, la quantità di terra necessaria non sembra molto. Amin Al-Habaibeh, professore di sistemi ingegneristici intelligenti alla Nottingham Trent University in Inghilterra, ha sostenuto che coprire solo una piccola parte del deserto del Sahara con pannelli solari che utilizzano la tecnologia solare termica genererebbe abbastanza energia. (Questo processo sfrutta il calore del sole piuttosto che la sua luce.)

In un'altra stima, l'installazione di pannelli solari su meno dell'1 percento delle terre coltivate del mondo compenserebbe la domanda globale di energia. Questo è il risultato del recente studio di Higgins sulla rivista Nature, che ha concluso che i terreni agricoli hanno il microclima ottimale per generare la maggior quantità di energia fotovoltaica: molta luce solare, temperatura moderata, venti leggeri - che aumenta l'efficienza fotovoltaica, secondo il rapporto - e bassa umidità .

“I pannelli sono un po 'come le persone; a loro piacciono le condizioni temperate con venti deboli e bassa umidità, ed è allora che funzionano al meglio ", afferma Higgins. Lui e i suoi colleghi hanno raccolto dati di produzione fotovoltaica a intervalli di 15 minuti da un array solare gestito da Tesla presso la Oregon State University.

Quindi, sincronizzando quei dati con i dati meteorologici, hanno trovato un'equazione basata sulla legge della termodinamica che calcola come i microclimi di diversi tipi di terra - terreni agricoli, foreste e terreni urbani, ad esempio - influenzano l'efficienza del pannello solare. Usando i dati satellitari sulla topografia globale e sul clima, hanno calcolato che la produzione di energia mediana fosse di 28 watt per metro quadrato su terreno agricolo, che è arrivato primo tra i 17 diversi tipi di terra che hanno studiato. La terra sterile si colloca al quarto posto e le aree urbane al nono posto, con una produzione di energia mediana di 25 watt per metro quadrato.

Ma la terra è scarsa e lo è sempre di più sotto il cambiamento climatico. E solo perché la terra è adatta non significa che sia anche disponibile. C'è un dibattito in corso sulla concorrenza fondiaria e i diritti fondiari quando si tratta di trovare spazio per i pannelli solari. In California, ad esempio, le tribù di nativi americani hanno citato la necessità di proteggere le terre sacre quando hanno protestato contro una grande fattoria solare che alla fine fu costruita nel deserto del Mojave. I gruppi ambientalisti continuano a respingere un piano approvato dall'amministrazione Trump per costruire una massiccia fattoria solare di 3.100 acri vicino a Coachella Valley e Joshua Tree National Park, che secondo loro sconvolgerà l'ecosistema del deserto.

Quando si tratta di mettere pannelli solari nelle fattorie, specialmente negli Stati Uniti, Higgins ha sentito la sua giusta dose di argomenti contrari all'idea. "Se togli la terra dall'agricoltura, tutte le [aziende] che forniscono servizi all'America rurale andranno via", dice. Ci sono anche critiche legate all'estetica, al degrado del suolo e al timore che "la gestione del territorio finirà per essere dettata dalle grandi società energetiche". Poi c'è il fatto che un boom della popolazione globale richiede più cibo - e la sicurezza alimentare è già minacciata in un mondo caldo. Per alimentare i 9,1 miliardi di persone attese nel mondo entro il 2050, la produzione alimentare dovrebbe aumentare del 70%, secondo le proiezioni delle Nazioni Unite.

Higgins è in un campo di ricercatori che pensano che i sistemi agrivoltaici, in cui i pannelli fotovoltaici sono installati su terreni agricoli e sollevati appena da terra per consentire alle colture di crescere intorno e al di sotto di essi, sono una potenziale vittoria per entrambe le parti.

Questo tipo di sistema viene utilizzato in luoghi come la Francia e il Giappone, ma ha iniziato a prendere piede solo negli Stati Uniti, poiché i ricercatori dell'Università dell'Arizona e dell'Università del Massachusetts sperimentano l'installazione solare a doppio uso. In quest'ultima istituzione, secondo un rapporto del sito web Civil Eats, i ricercatori hanno scoperto che peperoni, broccoli e bietole sono cresciuti fino a circa il 60 percento del volume che avrebbero raggiunto in pieno sole, mentre i pannelli hanno prodotto metà della potenza per acro di acro un sistema tradizionale. Ma i ricercatori affermano che il sistema si ripagherà da solo in circa otto anni in termini di risparmio energetico. Questi sono solo i primi risultati di un campo; altri ricercatori affermano che le colture potrebbero persino crescere meglio con il doppio sistema, in particolare con il progresso della tecnologia.

Higgins sottolinea che non sta spingendo per convertire tutti i terreni agricoli in sistemi agrivoltaici. Ma per incoraggiare un numero maggiore di agricoltori a prenderlo in considerazione, il governo deve elaborare una "politica della terra sensata", dice, che proteggerà la terra degli agricoltori consentendo allo stesso tempo all'evoluzione della tecnologia agricola "man mano che si evolve la raffinatezza del moderno agricoltore".

"Puoi prevedere che l'espansione della popolazione globale e la domanda pro capite man mano che la popolazione diventa più ricca, insieme ai crescenti impatti dei cambiamenti climatici, spingerà l'energia rinnovabile nelle aree agricole molto di più", afferma. "E dobbiamo pensare a come renderlo reciprocamente vantaggioso per tutti."

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