"EROEI di un Fotovoltaico
Notoriamente la produzione di pannelli solari è un processo energivoro.
Un pannello Suntech STP165S in silicio policristallino, superficie 0,93 mq dura di sicuro 25 anni, ma arriva tranquillamente a 30 o più.
Comunque facciamo 25 per essere pessimisti.
Ad una latitudine 40°, esposizione a sud, inclinazione 30° fissa, albedo 0.25, ombreggiamento 15%, un singolo pannello produce circa 210 kWh/anno.
In 25 anni di vita questo pannello avrà prodotto quindi circa 5250 kWh elettrici (che sono da distinguersi da quelli termici o meccanici, ma per ora questo concetto ce lo teniamo caro).
Il processo di produzione dalla sabbia al pannello è fatto di diversi passaggi, che verranno normalizzati al kg di Si e alla durata del processo (circa 60 ore):
1) Produzione del silicio metallurgico dalla silice
2) Purificazione del silicio metallurgico a silicio elettronico (processo Siemens)
3) Conversione del silicio elettronico a silicio monocristallino (processo Czochralski)
4) Affettamento in wafer
5) Decappaggio chimico
6) Formazione della giunzione p-n
7) Realizzazione e incollaggio della griglia metallica frontale di raccolta delle cariche elettriche
8) ulteriore affettamento in lingotti
9) Levigatura
10) Realizzazione del contatto elettrico posteriore, per elettrodeposizione o per serigrafia.
11) Trattamento antiriflesso
12) Assemblaggio in serie/parallelo delle celle
13) Laminazione delle celle
14) Produzione della cornice in alluminio
15) Montaggio della cornice
16) Produzione dei componenti della giunzione
17) Montaggio della scatola di giunzione
1) richiede una fornace elettrica a temperatura di circa 2000°C, il carbonio riduce la silice in silicio secondo l’equazione chimica SiO2 + C ? Si + CO2.
Conoscendo l’energia di quarta ionizzazione del Si (4355,5 kJ/mol) e la sua MMR (28,01) ne segue che per 1 kg di Si metallurgico ci vorranno almeno 155553 kJ.
2) Nel processo Siemens, sbarre di silicio ultrapuro sono esposte al triclorosilano a 1150°C; il gas di triclorosilano si decompone e deposita dell’altro silicio sulla sbarra, allargandola secondo la reazione chimica 2 HSiCl3 ? Si + 2 HCl + SiCl4.
Anche qui c’è un passaggio intermedio dove il Si deve essere libero fino alla quarta ionizzazione, quindi l’energia che ci vuole per 1 kg è almeno 155553 kJ.
3) Il processo Czochralski è l’accrescimento di un cristallo di silicio in maniera molto ordinata attorno ad un nucleo, qui a regime bisogna mantenere il Si poco sopra la temperatura di fusione (quindi almeno a 1415 °C), pertanto ci vogliono 1900 kJ/kg.
6) Si devono creare due facce di Si adiacenti delle quali una con impurità di P, l’altra di B, questo viene fatto tenendo il Si (ovviamente fuso) a 1560 °C per circa 60 ore e drogandolo prima con il B, poi con il P – a regime ci vogliono circa 240000 kJ/kg
7) La riduzione elettrolitica dell’alluminio dalla bauxite fusa e miscelata con criolite costa 50400 kJ/kg di Alluminio puro, considerando le dovute proporzioni in alluminio per kg di Si si hanno circa 25000 kJ/kg
14) La riduzione elettrolitica dell’alluminio dalla bauxite fusa e miscelata con criolite costa 50400 kJ/kg di Alluminio puro, considerando le dovute proporzioni in alluminio per kg di Si si hanno circa 80000 kJ/kg.
16) La tecnologia descritta è la stessa che per i wafer, ma il dispendio energetico è circa 1/1000.
I calcoli erano fatti al kg di Si perché con ottima approssimazione è la quantità di Si elettronico che alla fine del processo si usa per ogni cella (0.35 mm x 12,5 cm x 12,5 cm x 72 celle a pannello x 2,23 kg/dm3).
Il consumo negli altri punti può essere stimato in tutto il processo in circa 180000 kJ (circa 50 kW di macchinari che lavorano per un’ora cadauno).
Mettendoci anche la quantità di vetro necessaria alla lastra dalla sabbia alla cella ci vogliono circa 900000 kJ/pannello.
Poiché 1 W = 1 J/s allora 1 Wh = 3600 J, ma bisogna vedere quale è la forma di energia in cui viene trasformata l’energia elettrica e da qui estrapolare un rendimento.
Poiché si tratta al 75% (in termini di energia) di processi termici e al 25% di processi meccanici posso affermare che un buon fattore di rendimento sarà 0,8 (tutta l’energia elettrica che si usa in un processo termico viene trasformata o comunque dissipata come energia termica, mentre quella che riesco a trasformare in energia meccanica è una percentuale che raramente supera il 30%).
Considerando oltre al montaggio anche i test e il trasporto, aumento l’energia necessaria per un pannello di una % variabile fra il 20% e l’80%.
Questo alla fine vuol dire che per fare un pannello FV del tipo sopracitato ci vuole una quantità di energia comparabile a 470 kWh elettrici.
Da quanto detto esce che l’EROEI di un pannello FV è 11,22 il suo EPBT (Energy Pay Back Time) è 2 anni, 3 mesi e 1 settimana.
Una meraviglia!
Cosa è stato spazzato sotto il tappeto.
Non si sono calcolati i costi energetici di costruzione della fabbrica e suddivisi per numero di pannelli producibili per il life cycle della stessa, per cui
a) non si sono calcolati i costi energetici dei laterizi per fare la fabbrica;
b) non si sono calcolati i costi energetici delle altre materie prime immesse nel processo (per esempio l’alluminio da bauxite che arriva via mare dall’australia, perlomeno il 70% dell’alluminio mondiale arriva da lì);
c) non si sono calcolati i costi di scavo dei metalli per fare la fabbrica, fornace compresa;
d) delle drogature;
e) non s’è preso in considerazione che per uscire dal ciclo delle fonti non rinnovabili il pannello deve produrre un’energia pari a quella totale che serve per fabbricarlo replicandosi;
f) non s’è preso in considerazione che un impianto FV necessita di inverter quando connesso direttamene a rete elettrica o inverter e accumulatori nel caso di stazione isolata, non si sono levati i relativi costi di resistenza elettrica di questo impianto;
g) non si sono calcolati i costi dei trasporti;
h) della manutenzione;
i) dello smaltimento dell’impianto a fine vita (che non può essere riciclato interamente e neanche essere messo in discarica)
l) non si sono calcolati i costi energetici degli impianti della fabbrica;
m) non si sono calcolati i costi energetici degli uffici amministrativi della fabbrica;
m) etc. (la lista non si sono calcolati dura ancora tanto per cui la faccio breve qui con un … varie ed eventuali).
E così, se abbiamo un EROEI pari a 2 è un miracolo di San Gennaro.
Vogliamo essere ottimisti?
Facciamo 30 anni per pannello, EROEI a valore 3.
Ma sì, tanto è una simulazione e c’è chi direbbe che 2 non è giusto perchè 25 anni sono poochi, in 5 anni in + non passiamo a 3 come EROEI ma dai, sono tecnottimista per una volta.
Mi sorge un dubbio … .
Ma non abbiamo spazzato ancora qualcosa sotto il tappeto?
Certo che sì!
Per fare questi pannelli abbiamo sfasciato un bel pochetto l’ambiente inquinandolo ulteriormente e per disinquinarlo quell’EROEI pari a 3 non basta neppure per spazzarci uno zerbino.
Pare che (è un “pare che” politically correctly che si può levare tranquillamente) la fisica ci dice che disinquinare inquina di più anche se hai l’energia per fare un disinquinamento localizzato, delocalizzando l’inquinamento che produci disinquinando, perchè l’unica energia che non inquina è quella non prodotta.
(per quelli che… senza la fonte son così ignorante che non ci credo dato che non c’arrivo da solo:
http://www.fisicamente.net:80/DIDATTICA/index-1316.htm)
Novembre 2006, l’Università di Sidney dopo un largo studio produce un report commissionatogli dal Dipartimento del Primo Ministro e il Consiglio dei Ministri del Governo, facendo l’EROEI a tutte le fonti, compreso il FV, in uno studio complesso comprendente anche la relazione CO2 e fonte di energia, i cui valori si possono utilizzare benissimo per calcolare anche l’impatto ambientale (entropico terdmodinamico) per ogni fonte (e non solo della CO2 come inquinante), eccolo qui:
http://www.isa.org.usyd.edu.au/publi...ear_Report.pdf
Si da putacaso (verificare) che il valore di EROEI a 3 sia contenuto anche in questo paper."
