Diffusion of solar photovoltaic panels: an application of Bass diffusion models

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UNIVERSITÀ DI PISA

Dipartimento di Economia e Management

Corso di Laurea Magistrale in Marketing e Ricerche di Mercato

Tesi di Laurea:

Diffusion of solar photovoltaic panels: an

applications of Bass diffusion models

Relatore: Candidato:

Prof. Piero Manfredi Andrea Dattilo

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Indice

Introduzione ... 7

1 Il cambiamento climatico globale e il dilemma della diffusione delle «rinnovabili» ... 10

1.1 Cambiamento climatico globale e implicazione per energia e consumi ... 10

1.2 Il contesto globale nell’epoca del Global Climate Change ... 12

1.3 Energie rinnovabili ... 18

1.3.1 Perché puntare sulle rinnovabili ... 20

1.4 Diffusione dei pannelli solari fotovoltaici (SPP) ... 22

1.4.1 Incentivi pubblici al fotovoltaico: una rassegna della letteratura (ruolo, effetti e prospettive) ... 28

2 Modelli matematici di diffusione ... 34

2.1 Cenni storici e concetti primari sulla diffusione ... 35

2.2 Generalità dei principali modelli di diffusione ... 37

2.3 Modello di diffusione mediatica pura (o modello esterno) ... 38

2.4 Modello di trasmissione interumana (o modello interno) ... 40

2.5 Il modello di Bass ... 41

2.6 Modello di Bass Generalizzato ... 45

2.6.1 Possibili forme della funzione “g” ... 47

2.7 Analisi di sensitività nel GBM le risposte agli shock. Incentivazione vs competizione 49 2.7.1 Variazioni positive del parametro “A” ... 50

2.7.2 Variazioni positive del parametro “a” ... 53

2.7.3 Variazioni positive del parametro “c” ... 56

2.7.4 Variazioni negative del parametro “A” ... 59

2.7.5 Variazione negativa del parametro “c” ... 63

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3 Il ruolo della incentivazione pubblica al fotovoltaico: un’applicazione del GBM ... 68

3.1 Contesto: risorse energetiche in Canada ... 69

3.2 APPLICAZIONE DEL GBM AI DATI DEL CANADA ... 73

3.2.1 Dati ... 73

3.2.2 Stima dei parametri: ... 78

3.2.3 Scenario 1: m parametro libero ... 79

3.2.4 scenario 2: Senario massimo (o di lungo periodo) ... 81

3.2.5 Scenario 3: Scenario minimo (o primo scenario di breve periodo) ... 84

3.2.6 Scenario 4: secondo scenario di breve periodo ... 86

3.2.7 Scenario 5: m = 10000 ... 88

4 Analisi dei risultati e conclusioni ... 90

4.1 Confronto dei parametri ... 91

4.2 Prospettive ... 93

BIBLIOGRAFIA ... 96

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Indice delle Figure

Figura 1.1 - Percentuali della Domanda di energia, scenario fino al 2030 ... 14 Figura 1.2 - Quota di fonti energetiche nella produzione di elettricità totale in GWh (fonte: IRENA 2016) ... 16 Figura 1.3 - Capacità di energie rinnovabili nel mondo esclusa l'energia idroelettrica (fonte: IRENA 2016) ... 16 Figura 1.4 - Tasso di crescita delle Energie Rinnovabili nel mondo (fonte: IRENA 2016) .... 17 Figura 1.5 – Produzione di elettricità per combustibile ... 17 Figura 1.6 – Cambiamento nella domanda di energia primaria, 2016-2040 (fonte: WEO 2017, IEA) ... 21 Figura 1.7 – Aggiunte di capacità elettrica per combustibile nell’anno 2016 (fonte: WEO 2016, IEA) ... 23 Figura 1.8 - Crescita della capacità elettrica rinnovabile per tecnologia (fonte: WEO 2017, IEA) ... 24 Figura 2.1 – Curva campanulare di Rogers divisa per sezioni di adottanti ... 36 Figura 2.2 - Tempistica di saturazione nel modello esterno al variare del tasso di innovazione ... 39 Figura 2.3 - Le curve di adozione istantanea e cumulativa nel modello interno ... 40 Figura 2.4 - Curve di adozione istantanea e cumulativa nel modello di Bass ... 42 Figura 2.5 - La curva della densità delle vendite nel modello di Bass per differenti valori di α e q ... 43 Figura 2.6 – Curve delle adozioni cumulative del GBM al variare del tempo, per differenti valori positivi del parametro A, rapportate alla curva cumulativa del BM. ... 50 Figura 2.7 - Curve delle adozioni istantanee del GBM al variare del tempo, per differenti valori positivi del parametro A, rapportate alla curva delle vendite del BM. ... 51 Figura 2.8 - Curve degli Hazard Rate del GBM al variare del tempo, per differenti valori positivi del parametro A, rapportate all’Hazard Rate del BM. ... 52 Figura 2.9 - Curve dei tassi di crescita del GBM al variare del tempo per differenti valori positivi del parametro A, rapportate alla curva dei tassi di crescita del BM. ... 52 Figura 2.10 – Curve delle adozioni cumulative del GBM al variare del tempo, per differenti valori positivi del parametro a, rapportate alla curva cumulativa del BM. ... 53

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Figura 2.11 - Curve delle adozioni istantanee del GBM al variare del tempo, per differenti valori positivi del parametro a, rapportate alla curva delle vendite del BM. ... 54 Figura 2.12 - Curve degli Hazard Rate del GBM al variare del tempo, per differenti valori positivi del parametro a, rapportate all’Hazard Rate del BM. ... 55 Figura 2.13 - Curve dei tassi di crescita del GBM al variare del tempo per differenti valori positivi del parametro a, rapportate alla curva dei tassi di crescita del BM. ... 56 Figura 2.14 – Curve delle adozioni cumulative del GBM al variare del tempo, per differenti valori positivi del parametro c, rapportate alla curva cumulativa del BM. ... 57 Figura 2.14 – Curve delle adozioni cumulative del GBM al variare del tempo, per differenti valori positivi del parametro c, rapportate alla curva cumulativa del BM. ... 58 Figura 2.16 - Curve degli Hazard Rate del GBM al variare del tempo, per differenti valori positivi del parametro c, rapportate all’Hazard Rate del BM. ... 58 Figura 2.17 - Curve dei tassi di crescita del GBM al variare del tempo per differenti valori positivi del parametro c, rapportate alla curva dei tassi di crescita del BM. ... 59 Figura 2.18 – Curve delle adozioni cumulative del GBM al variare del tempo, per differenti valori negativi del parametro A, rapportate alla curva cumulativa del BM. ... 60 Figura 2.19 - Curve delle adozioni istantanee del GBM al variare del tempo, per differenti valori negativi del parametro A, rapportate alla curva delle vendite del BM. ... 61 Figura 2.20 - Curve degli Hazard Rate del GBM al variare del tempo, per differenti valori negativi del parametro A, rapportate all’Hazard Rate del BM. ... 62 Figura 2.21 - Curve dei tassi di crescita del GBM al variare del tempo per differenti valori negativi del parametro A, rapportate alla curva dei tassi di crescita del BM. ... 63 Figura 2.22 – Curve delle adozioni cumulative del GBM al variare del tempo, per differenti valori negativi del parametro c, rapportate alla curva cumulativa del BM. ... 64 Figura 2.23 - Curve delle adozioni istantanee del GBM al variare del tempo, per differenti valori negativi del parametro c, rapportate alla curva delle vendite del BM. ... 64 Figura 2.24 - Curve degli Hazard Rate del GBM al variare del tempo, per differenti valori negativi del parametro c, rapportate all’Hazard Rate del BM. ... 65 Figura 2.26 - Curve dei tassi di crescita del GBM al variare del tempo per differenti valori negativi del parametro c, rapportate alla curva dei tassi di crescita del BM. ... 66 Figura 3.1 Canada. Produzione di energia elettrica per grandi fonti (fonte: IRENA anno) ... 70 Figura 3.2 – Canada. Generazione di elettricità per fonte, anno 2015 (fonte:nrcan.gc.ca) ... 71 Figura 3.3 – Canada. Quota sul totale delle energie rinnovabili differenti dall’energia

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Figura 3.4 – Nord America. Irradianza orizzontale globale (fonte: Solargis) ... 72

Figura 3.5 – Canada. Adozioni cumulative di SPP anni 1992-2015 (fonte: IEA) ... 75

Figura 3.6 – Canada. Adozioni annuali di SPP, anni 1992-2015 (fonte: IEA) ... 76

Figura 3.7 – Canada. Tassi di crescita annuali di SPP, anni 1992-2015 (fonte: IEA) ... 76

Figura 3.8 – Canada. Adozioni cumulative del GBM comparata con i dati osservati, anni 1992-2015 (m=17073)... 79

Figura 3.9 – Canada. Adozioni annuali del GBM comparata con i dati osservati, anni 1992-2015 (m=17073) ... 80

Figura 3.11 – Canada. Adozioni annuali del GBM comparate con i dati osservati, anni 1992-2015 (m=21572) ... 82

Figura 4.1 – Canada. Proiezione delle vendite del GBM nello scenario m=5159 ... 92

Figura 4.2 – Canada. Proiezione delle adozioni cumulative nello scenario m=6300, con anno di saturazione del mercato. ... 94

Figura 4.3 – Canada. Proiezioni adozioni cumulative del GBM negli scenari esaminati (escluso m=6300) ... 95

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Introduzione

Dal corso di Modelli Demografici ho appreso che uno dei paradigmi teorici del marketing, ovvero i modelli torici di diffusione rappresenta uno degli strumenti notevoli per studiare quei fenomeni di diffusione che sono e saranno vitali per la salvaguardia della salute del pianeta e delle condizioni di vita delle generazioni future.

Una delle sfide chiave del XXI secolo riguarda la mitigazione e l’adattamento ai drammatici effetti del processo irreversibile di Global Climate Change. Alla base di queste sfide vi è la questione dell’energia o, più precisamente, il consumo energetico complessivo e la

dipendenza dai combustibili fossili. Per riuscire a limitare il riscaldamento globale, la popolazione mondiale ha urgente necessità di impiegare l’energia in modo efficiente,

avvalendosi delle fonti di energia pulita. Tra i principali effetti del cambiamento climatico si annoverano l’innalzamento del livello del mare, eventi meteorologici più estremi,

inondazioni, siccità e tempeste. Questi cambiamenti avvengono perché grandi quantità di gas a effetto serra vengono rilasciate nell’atmosfera conseguentemente a molte attività umane svolte in tutto il mondo, comprese, tra le più importanti, la combustione di combustibili fossili per la produzione di energia, il riscaldamento e i trasporti. In tutto il mondo l’uso di energia rappresenta in assoluto la principale fonte di emissioni di gas a effetto serra dovuti all’attività umana. Gli sforzi compiuti finora a livello globale per mitigare i cambiamenti climatici sono culminati nel 2015 con l’accordo di Parigi. Grazie a questo accordo, 195 paesi hanno adottato il primo accordo universale giuridicamente vincolante sul clima globale. L’obiettivo

dell’accordo (limitare l’aumento medio della temperatura globale ben al di sotto di 2 °C, cercando al contempo di ridurlo a 1,5 °C, rispetto ai livelli preindustriali) è ambizioso e non può essere raggiunto senza operare una grande revisione della produzione e del consumo energetico a livello mondiale. Le emissioni di gas a effetto serra connesse all’energia si

possono ridurre in due modi: optando per fonti energetiche più pulite, per esempio sostituendo i combustibili fossili con fonti rinnovabili non combustibili, e/o riducendo il consumo

complessivo di energia attraverso il risparmio e l’aumento dell’efficienza energetica, per esempio migliorando l’isolamento termico delle case o avvalendosi di modalità di trasporto più rispettose dell’ambiente.

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Questo lavoro si focalizzerà sull’energia solare, ed in particolare, sulla diffusione dei pannelli fotovoltaici, principale tecnologia mediante la quale questo tipo di energia rinnovabile viene diffusa. L’analisi verrà effettuata attraverso uno degli strumenti chiave del marketing, ovvero i modelli teorici di diffusione, nella fattispecie i modelli a la Bass.

Il modello di diffusione classica di Frank Bass (1969), nato originariamente nel marketing e nelle scienze gestionali, rappresenta un modello cardine per la diffusione dell'informazione in molte discipline applicate. Il modello di Bass, che da ora in poi verrà identificato come il modello Bass "base" (BM) per distinguerlo dalle sue numerose varianti successive (es. Bass et al. 1994), è un modello semplice e parsimonioso nei parametri, che spiega la diffusione

temporale di un oggetto (fondamentalmente un bene duraturo o un investimento in una nuova tecnologia) mediante due componenti fondamentali: la comunicazione pubblica (come ad esempio i mass media, o comunicazione governativa), e la comunicazione privata interumana, che fluisce attraverso le comunicazioni spontanee ("passaparola") tra gli individui sui loro social network (siano essi reali o virtuali). Questo tipo di modello sembra perciò essere idoneo allo studio della diffusione dei pannelli fotovoltaici, poiché li si possono considerare sia come un bene durevole, sia come una nuova tecnologia.

L'eccellente adattamento fornito dal modello base di Bass a diversi dataset di diffusione potrebbe tuttavia fornire all'osservatore inconsapevole la percezione che esso rappresenti una sorta di strumento universale. Questa percezione è probabilmente enfatizzata da ulteriori lavori (Bass et al 1994) che suggeriscono che altre variabili, in particolare le variabili

decisionali, sebbene in linea di principio importanti, giocassero in genere un ruolo secondario nell'adattamento fornito dal modello di base ai dati. Il modello base di Bass, nonostante si adatti perfettamente a diversi dataset di diffusione, non si deve considerare uno strumento universale. Esso infatti ha il principale limite di essere particolarmente utile ex post, quando gran parte della diffusione è stata completata, per descrivere il percorso temporale e offrire una dimensione quantitativa della diffusione stessa (Mahajan et al 1993).

È opportuno, dunque, non limitarsi all’utilizzo del Modello base di Bass, ma approfondire l’analisi mediante un ulteriore strumento, il Modello di Bass Generalizzato (Bass et al. 1994), il quale tiene conto dell'effetto sulla diffusione di azioni esterne, come le politiche e gli incentivi, e suggerisce che l'adozione da parte dei consumatori debbano essere stimolati attraverso interventi esterni. In altre parole, se una particolare enfasi viene posta sugli utenti finali come principale fattore di diffusione, l'elemento istituzionale (certamente nel caso dei sistemi fotovoltaici), sotto forma di incentivi e misure politiche, sembra essere cruciale.

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L'effetto principale di questi interventi istituzionali è quello di facilitare le decisioni finali, offrendo una garanzia credibile verso alti livelli di investimento e impegno personale. Mentre il cambiamento indotto da queste misure ha un effetto tangibile, che viene catturato con il GBM, non vengono considerate le dinamiche dei prezzi a breve termine perché non sembrano un fattore determinante per le adozioni finali (Guidolin, Mortarino 2010).

In questa tesi verranno approfonditi i temi trattati finora: nel Capitolo 1, verrà affrontata la tematica del Global Climate Change (Cambiamento Climatico Globale), con le sue

ripercussioni sui consumi di energia, verranno fornite delle utili definizioni di Energie Rinnovabili concentrandosi sulla diffusione dell’energia solare per mezzo dei pannelli fotovoltaici, inoltre verrà fornita una rassegna della letteratura riguardanti gli incentivi pubblici al fotovoltaico, per capirne il ruolo, gli effetti e le prospettive.

Seguirà il Capitolo 2, in cui verrà analizzato lo strumento metodologico di questa analisi: i modelli matematici di diffusione. Partendo da un excursus storico, verranno presentate innanzi tutto alcune caratteristiche generali dei processi di diffusione, ed i modelli

“precursori” al modello base di Bass, ovvero i cosiddetti modelli della diffusione mediatica ed interumana. Verrà quindi dato ampio spazio al modello di Bass, ed infine la sua variante nota come il Modello di Bass Generalizzato (GBM, Bass et al 1994).

Nel terzo capitolo si presenterà un’applicazione del GBM ai dati della diffusione di pannelli fotovoltaici in Canada. I dati, forniti dall’International Energy Agency (IEA) e relativi al periodo 1992-2015, riportano la potenza fotovoltaica cumulativa annuale installata espressa in Mega Watt. Attraverso questa applicazione del modello, verrà analizzato il mercato dei pannelli fotovoltaici in Canada, focalizzando l’attenzione su quello che è stato il ruolo dell’incentivazione pubblica sulla diffusione.

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1 Il cambiamento climatico globale e il dilemma

della diffusione delle «rinnovabili»

1.1 Cambiamento climatico globale e implicazione per energia e consumi

L'espressione "cambiamento climatico" e "riscaldamento globale" sta assumendo sempre più una dimensione di attualità nel discorso climatico e ambientale globale.

Secondo l’UNFCCC (Convenzione Quadro sul Cambiamento Climatico delle Nazioni Unite), il cambiamento climatico si definisce come "un cambiamento del clima che sia attribuibile

direttamente o indirettamente ad attività umane, che alterino la composizione dell’atmosfera planetaria e che si sommino alla naturale variabilità climatica osservata su intervalli di tempo analoghi".

Migliaia di ricercatori e responsabili politici di tutto il mondo hanno dato una prova sempre più inconfutabile che i cambiamenti climatici rappresentano una minaccia immediata per la sopravvivenza e lo sviluppo sostenibile dell'umanità. La mitigazione dell'impatto dei cambiamenti climatici ha dominato la maggior parte dei discorsi pubblici non solo dagli economisti ambientali, ma anche da altri esperti ambientali e scienziati. Molti esperti hanno attribuito la causa principale dei cambiamenti climatici alle attività umane che derivano dalla rapida crescita dell'economia globale, tra cui il consumo umano di diverse fonti di energia, il rapido tasso di deforestazione e gli incendi dei boschi. Gli effetti della combustione del consumo di energia sono valutati come effetti serra derivanti dalle emissioni di inquinanti ambientali come monossido di carbonio, composti di idrocarburi, ossidi di zolfo, ossidi di azoto, metano e particolato. Tra i vari inquinanti che causano il cambiamento climatico, è stata data molta importanza alle emissioni di CO2 come fattore principale nel cambiamento

climatico. Infatti le emissioni di CO2 hanno un impatto su scala mondiale, a differenza di altre

forme di inquinanti atmosferici, le quali si limitano ad un danno locale o regionale (Akpan, 2012).

Le maggiori concentrazioni di gas serra (GHGs) sono conseguenze dirette delle attività umane. Poiché i gas serra antropogenici si accumulano nell'atmosfera, producono un

riscaldamento netto rafforzando il naturale "effetto serra". Nello specifico, la produzione e il consumo di energia hanno varie implicazioni ambientali, una delle quali è il cambiamento climatico. Tra le molte attività umane che producono GHG, l'uso di energia rappresenta di

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gran lunga la più grande fonte di emissioni di gas serra, raggiungendo nel 2010 circa l’80% (IEA, 2010a).

Le emissioni di gas serra del settore energetico sono dominate dalla combustione diretta dei carburanti, un processo che porta a grandi emissioni di CO2.

È stato dimostrato che una notevole quantità di emissioni di CO2 proviene ancora dal

maggiore uso di carbone da parte di paesi industrializzati come gli Stati Uniti, il Giappone e la Cina. Storicamente, i paesi sviluppati hanno contribuito di più alle emissioni globali cumulative di CO2 e hanno ancora le emissioni storiche totali più elevate. Sebbene gli Stati

Uniti siano rimasti il più grande emettitore di CO2 fino al 2007, il suo contributo è

relativamente stabile nel tempo. Tuttavia, la velocità con cui cresce in India e in particolare in Cina è preoccupante (IEA, 2010a). Tenuto conto del fatto che l'energia primaria ancor oggi domini il mix energetico mondiale, i potenziali conflitti di obiettivo tra crescita economica e protezione ambientale sono piuttosto ovvi. Il problema dei cambiamenti climatici associati all'aumento della combustione dei combustibili fossili è però serio e richiede soluzioni concertate e complete.

Tra i principali cambiamenti climatici si possono annoverare:

• Scioglimento dei ghiacciai: Secondo alcune previsioni dell’IPCC, i ghiacci artici potrebbero addirittura essere soggetti a scioglimento completo nei periodi più caldi dell’anno (come in tarda estate) già verso la fine del secolo.

• Innalzamento livello dei mari: Ci si aspetta, secondo l’IPCC che entro il 2100 l’innalzamento sarà compreso tra i 15 e i 95 centimetri.

• Acidificazione degli oceani: L’aumento di CO2 nell’atmosfera porterà anche a un’acidificazione degli oceani provocando danni irreparabili all’ecosistema marino, rovinando l’habitat di diverse specie in via di estinzione.

• Desertificazione: Le colture subiranno un calo e aumenterà il numero di persone a rischio denutrizione (dal rapporto State of food insecurity in the world 2015)

• Perdita di biodiversità: l’estinzione di alcune specie di animali o vegetali porterebbe alla fine di un equilibrio dell’ecosistema creato dalle loro reciproche relazioni. Migliorare l'efficienza energetica, riformare i prezzi dell'energia inefficienti, imporre tasse sulle emissioni di carbonio, promuovere gli investimenti nelle energie rinnovabili e creare consapevolezza ambientale pubblica sono alcune delle strategie possibili.

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1.2 Il contesto globale nell’epoca del Global Climate Change

La quasi totalità dei dati presenti in questo paragrafo fanno riferimento all capitolo New

Policies presentato nel "World Energy Outlook 2016" dell’International Energy Agency, nel

quale viene riportata una ricostruzione dettagliata del quadro globale attuale in materia di consumo di energetico, con alcune proiezioni future sui consumi delle divere fonti di energie e i relativi prezzi.

• Il cambiamento climatico è divenuto parte centrale del contesto energetico mondiale. Già negli anni '90 è apparsa evidente la necessità di definire un nuovo modello di crescita economica e industriale sostenibile dal punto di vista ambientale e climatico; in questo contesto va inserito il Protocollo di Kyoto che, a cavallo del nuovo

millennio, ha definito obiettivi di riduzione delle emissioni, gettando le basi per quella politica di de-carbonizzazione di cui l'Europa si farà portavoce negli anni a venire. • L'Accordo di Parigi del dicembre 2015, adottato da 197 Paesi ed entrato in vigore il 4

Novembre 2016, definisce un piano d’azione globale e giuridicamente vincolante per limitare il riscaldamento terrestre ben al di sotto dei 2 ºC, e a proseguire l’azione volta a limitare l’aumento di temperatura a 1,5° C rispetto ai livelli preindustriali, segnando un passo fondamentale verso la de-carbonizzazione.

Contemporaneamente la comunità internazionale approva in seno alle Nazioni Unite l’Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile, che prefigura un nuovo sistema di

governance mondiale per influenzare le politiche di sviluppo attraverso 17 obiettivi e 169 target, tra i quali la lotta ai cambiamenti climatici e l’accesso all’energia pulita. • La domanda di energia globale è stimata in crescita, con un aumento, secondo le

proiezioni del World Energy Outlook 2016, del 18% al 2030. La crescita attesa al 2030 è tuttavia pari alla metà di quella registrata negli ultimi 15 anni (+ 36%), benché il tasso composto annuo di crescita del PIL sia stimato costante (3,7% sia nel periodo 2000-2014 che nel 2014-2030): la relazione tra PIL e domanda energetica si sta indebolendo.

• L'efficienza energetica avrà sempre più un ruolo chiave: nel 2015, nonostante il basso costo dell'energia, l'intensità energetica globale è migliorata di 1,8% (circa il doppio della media dell’ultimo decennio), contribuendo positivamente alla riduzione della crescita di emissioni di CO2.

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• Per quanto riguarda l'evoluzione del mix di energia primaria, nelle proiezioni del World Energy Outlook 2016, riportate in- Evoluzione del mix di energia primaria per fonte nel mondo, troviamo protagoniste le rinnovabili e il nucleare, con un tasso composto annuo di crescita tra il 2014 e il 2030 di circa 2,5%, a scapito di carbone e petrolio. Anche il gas prosegue nella sua crescita, con un tasso pari a circa 1,5% • Le fonti rinnovabili hanno un ruolo centrale per attuare il processo di

de-carbonizzazione e al 2030 permetteranno di contenere la crescita di emissioni. La continua riduzione dei costi delle rinnovabili nel settore elettrico (il progresso

tecnologico ridurrà ulteriormente i costi di 40 – 70% per il fotovoltaico e 10 – 25% per l'eolico) e dei sistemi di accumulo, insieme all’adeguamento delle reti, sosterrà la loro continua diffusione. Si prevede anche un forte incremento della penetrazione delle rinnovabili nella domanda di calore al 2030.

• Il petrolio è stato caratterizzato da una riduzione della produzione nel 2015 e 2016, e da tagli importanti negli investimenti, con tasso di progetti per l'esplorazione ai livelli minimi dal 1950. Se questo trend dovesse continuare, potrebbe aprirsi un nuovo ciclo di forte volatilità nel settore, vista la persistenza della domanda. A sostenere la domanda è soprattutto la difficoltà a trovare alternative idonee per sostituire a costi accettabili i prodotti petroliferi nei trasporti e nella petrolchimica.

• La domanda di carbone è prevista in decrescita nell'UE e negli Stati Uniti

rispettivamente del 40% e 30% al 2030. Anche la Cina sarà interessata da una lieve riduzione, mentre l'utilizzo di carbone è previsto in crescita per i Paesi in via di sviluppo, come India e Sud-est Asiatico. Il futuro del carbone sarà certamente condizionato anche dallo sviluppo di tecnologie di carbon capture and storage, senza le quali nel lungo termine il carbone appare non adeguato al percorso di

de-carbonizzazione.

• In contrasto con le altre fonti fossili, appare continua la crescita dei consumi di gas, anche per l'ampia domanda in Cina e Medio Oriente. Grazie alla flessibilità di utilizzo e alle basse emissioni degli impianti di generazione elettrica (CCGT), il gas mantiene una forte posizione nei consumi mondiali. Lo sviluppo di un mercato globale del gas si prevede sarà rafforzato da nuovi trading hub e dalla graduale rimozione di barriere ai confini, i prezzi saranno quindi sempre più determinati da dinamiche reali di domanda e offerta.

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• Si evidenzia inoltre il trend di elettrificazione della domanda: il World Energy

Outlook 2016, come riportato in Figura 1.1, stima che l'elettricità soddisferà il 21% dei consumi finali al 2030 (vs. 18% nel 2014). In coerenza con i trend di

de-carbonizzazione, l'aumento di generazione elettrica è significantemente supportato dall’incremento di capacità da fonti energetiche rinnovabili.

Figura 1.1 - Percentuali della Domanda di energia, scenario fino al 2030

• Lo sviluppo delle fonti rinnovabili e dell’efficienza energetica sono funzionali non solo alla riduzione delle emissioni, ma anche al contenimento della dipendenza energetica e devono concorrere, con oculate politiche, all’obiettivo di riduzione del gap di prezzo dell’elettricità rispetto alla media europea.

• Nel mondo delle Rinnovabili e del Mercato Elettrico, il Clean Energy Package definisce target europei per la penetrazione delle rinnovabili e linee guida per

l'armonizzazione dei mercati elettrici, ponendosi come obiettivo ultimo la creazione di un mercato unico europeo dell'energia nel quale le rinnovabili siano il più possibile integrate.

• In aggiunta è espressa una chiara volontà di trasformare le fonti rinnovabili da specie protetta a parte fondamentale dei settori energetici, promovendo una crescita

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determinata il più possibile da regole di mercato, limitando nel breve e rimuovendo a tendere, i privilegi assegnati fino ad ora.

• Nel dettaglio, è previsto il superamento della direttiva 28/2009/CE, proponendo l'obiettivo di penetrazione al 27% delle fonti rinnovabili sui consumi lordi finali a livello comunitario entro il 2030. Tale obiettivo non si declina in target vincolanti per i singoli Stati Membri; è invece vincolante l'adozione degli strumenti di pianificazione, con i quali gli Stati Membri determineranno il loro contributo all’obiettivo

comunitario.

• Globalmente, nel 2015 i combustibili fossili sono ancora la principale fonte di energia come quota della produzione totale di elettricità con il 63%, mentre l'energia nucleare ha subito un calo significativo da quasi il 20% negli anni '90 a solo il 10% negli ultimi tre anni (principalmente a causa del disastro di Fukushima nel 2010, dopo il quale il Giappone ha deciso di quasi terminare la produzione di energia da fonti nucleari). Dalla figura 1.3 si nota, inoltre, che le fonti energetiche rinnovabili (RES) sono rimaste all'incirca il 20% nella produzione totale di elettricità, di queste l'idroelettrico è la fonte principale con oltre il 93% prima degli anni 2000. La situazione è cambiata negli ultimi due decenni, quando i paesi di tutto il mondo hanno iniziato a investire in fonti alternative come l'eolico e le bioenergie, e in seguito solare, portando

l'idroelettrico a solo il 58% delle RES totali nel 2015. Come si vede in figura 1.2, la capacità installata di energie rinnovabili nel mondo (esclusa quella idroelettrica) è in continuo aumento, mantenendo quasi inalterate le quote di energia geotermica e quella delle biomasse. Al contrario spiccano le installazioni crescenti per il solare

fotovoltaico (che inizia ad avere una maggiore visibilità dall’anno 2007 in poi) e l’energia eolica. Inoltre, le RES hanno guadagnato 6,5 punti (punti percentuali) dal 2010 al 2015 e la tendenza sembra crescere poiché molti paesi hanno stabilito obiettivi a breve e lungo termine al fine di ridurre l'uso di combustibili fossili.

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Figura 1.2 - Quota di fonti energetiche nella produzione di elettricità totale in GWh (fonte: IRENA 2016)

Figura 1.3 - Capacità di energie rinnovabili nel mondo esclusa l'energia idroelettrica (fonte: IRENA 2016)

Dall’anno 2001 ad oggi è il solare fotovoltaico ad aver raggiunto i tassi di crescita maggiore, superando dal 2002 in poi persino i tassi di crescita dell’eolico, rimanendo ben al di sopra dei tassi delle altri RES. Il suo punto massimo è stato raggiunto nell’anno 2011 ma si riscontrano visibili innalzamenti dei tassi anche negli anni 2004 e 2008. Si nota invece come la crescita dell’energia idroelettrica sia costante e di pochi puchi di percentuale sopra lo zero. Quasi costante è anche la crescita dell’energia delle biomasse e geotermicha (che presenta anche qualche valore negativo nei tassi). La curva dei tassi di crescita dell’eolico presenta uìinvece

0 10 20 30 40 50 60 70 80 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 %

Share of energy sources in Total Electricity output (GWh)

Fossil Fuels Nuclear Renewable sources

0 200 400 600 800 1000 GW

Renewable Energies Capacities in the World (excluding hydropower)

Wind

Solar photovoltaic Bioenergy Geothermal

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un trend decrescente dall’anno 2001, in cui presenta il suo picco massimo, all’anno 2013, in cui si presenta il suo punto di minimo. Dal 2014 in poi si ha una lieve ricrescita (figura 1.4)

Figura 1.4 - Tasso di crescita delle Energie Rinnovabili nel mondo (fonte: IRENA 2016)

• Secondo la IEA, nel suo documento più recente sulle Rinnovabili (dal titolo

“Renewables 2017”), le fonti rinnovabili nel loro complesso produrranno circa 8.000 TWh di energia elettrica nel periodo 2017-2022, più del gas naturale e avvicinandosi molto al carbone, anche se quest’ultimo rimarrà la risorsa dominante con circa 10.000 TWh di generazione annuale, come chiarisce il prossimo grafico.

Figura 1.5 – Produzione di elettricità per combustibile

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 %

Growth rate of Renewables in the World Wind

Solar photovoltaic Bioenergy Geothermal Hydropower

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La quota delle rinnovabili nel mix elettrico totale, quindi, salirà dal 24% al 30% con l’idroelettrico in testa, seguito da eolico, solare FV e bioenergie.

1.3 Energie rinnovabili

Per riuscire a limitare il riscaldamento globale, il mondo ha urgente necessità di impiegare l’energia in modo efficiente, avvalendosi delle fonti di energia pulita. Verranno adesso riportate diverse definizioni di “Energia Rinnovabile” per approfondire l’argomento e meglio conoscere le varie tipologie.

Con il termine energie rinnovabili si intendono forme di energia che si rigenerano in tempi brevi se confrontati con i tempi caratteristici della storia umana. Le fonti di tali forme di energia sono dette risorse energetiche rinnovabili.

Alcune sono considerate "inesauribili", nel senso che si rigenerano almeno alla stessa

velocità con cui vengono consumate oppure non sono "esauribili" nella scala dei tempi di "ere geologiche" (Cengel, Boles, 2015). Fanno eccezione alcune risorse energetiche che pur

essendo rinnovabili sono esauribili; ad esempio le foreste sono considerate rinnovabili ma possono esaurirsi a causa di un eccessivo sfruttamento di tali risorse da parte dell'uomo. Le energie rinnovabili, assieme all'energia nucleare, sono dunque forme di energia

alternative alle tradizionali fonti fossili (che sono invece considerate energie non rinnovabili) e molte di esse hanno la peculiarità di essere "energie pulite", ovvero di non immettere nell'atmosfera sostanze inquinanti e/o climalteranti (quali ad esempio la CO2). Per tale

motivo, sono alla base della cosiddetta "politica verde". Inoltre le energie rinnovabili

permettono l'uso di metodi sostenibili per il loro sfruttamento; in tal caso, il loro utilizzo non pregiudica le stesse risorse naturali per le generazioni future.

La definizione di fonti energetiche rinnovabili, per ciò che riguarda la legislazione italiana, è data dal DL 16 marzo 1999, n.79, art. 2,15 che esplica: “fonti energetiche rinnovabili sono il sole, il vento, le risorse idriche, le risorse geotermiche, le maree, il moto ondoso e la

trasformazione in energia elettrica dei prodotti vegetali o dei rifiuti organici e inorganici”. Questa definizione si limita a riconoscere ed elencare come fonti energetiche rinnovabili, le suddette fonti non fossili.

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Le risorse rinnovabili, siano esse materiali o energetiche, sono risorse naturali che, per caratteristiche naturali o per effetto della coltivazione dell'uomo, si rinnovano nel tempo e possono essere considerate inesauribili, ovvero possono risultare disponibili per l'utilizzo da parte dell'uomo pressoché indefinitamente.

Per quanto attiene alle risorse "coltivabili" (foreste, pascoli e generalmente suoli agricoli), il mantenimento delle caratteristiche di rinnovabilità può dipendere anche dalle tecniche di coltivazione e dal tasso di sfruttamento del suolo.

Una risorsa rinnovabile si dice anche "sostenibile", se il tasso di rigenerazione della medesima è uguale o superiore a quello di utilizzo. Tale concetto implica la necessità di un uso razionale delle risorse rinnovabili ed è particolarmente importante per quelle risorse - quali, ad esempio, le forestali - per le quali la disponibilità non è indefinita, rispetto ai tempi d'evoluzione della civiltà umana sulla Terra, quali invece, ad esempio, le fonti solari o eoliche.

Le risorse rinnovabili presentano vantaggi, di cui i maggiori sono senza dubbio l'assenza di emissioni inquinanti durante il loro utilizzo e la loro inesauribilità. L'utilizzo di queste fonti non ne pregiudica dunque la disponibilità nel futuro e sono preziose per ottenere energia riducendo al minimo l'impatto ambientale. Per quanto riguarda le fonti rinnovabili di tipo energetico, si considerano tali:

• l'irraggiamento solare (per produrre energia chimica, energia termica ed energia elettrica);

• il vento (fonte di energia meccanica ed energia elettrica);

• le biomasse (combustione, in appositi impianti per generazione termica e cogenerazione di calore ed elettricità);

• le maree e le correnti marine in genere;

• le precipitazioni utilizzabili tramite il dislivello di acque (fonte idroelettrica). Le fonti di energia rinnovabili associate a tali risorse sono l'energia

idroelettrica, solare, eolica, marina e geotermica. L'utilizzo di tali fonti è spesso sostenibile. Al contrario, le energie "non rinnovabili" (in particolare fonti fossili

quali petrolio, carbone, gas naturale) possono esaurirsi nel giro di poche generazioni umane, da una parte a causa dei lunghi periodi di formazione e dall'altra parte a causa dell'elevata velocità alla quale vengono consumati.

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1.3.1 Perché puntare sulle rinnovabili

① Le fonti di energia tradizionali (fossili) sono destinate all’esaurimento e ciò porterebbe ad un consequenziale aumento del prezzo.

② L’approvvigionamento di energia è sempre più un problema di sicurezza nazionale: moderne politiche energetiche devono guardare ad una diversificazione delle fonti di energia ed una maggiore indipendenza.

L’UE fornisce una definizione di dipendenza energetica che meglio chiarisce la questione: “per dipendenza energetica, intendiamo la vulnerabilità di un determinato Stato membro a shock dei prezzi dell'energia o interruzioni dell'approvvigionamento energetico, che possono tradursi in perdite significative per competitività e PIL, pressioni inflazionistiche e

deterioramento della bilancia commerciale”.

Puntare sulle rinnovabili si tradurrebbe dunque in una minor dipendenza energetica da parte di ciascun Paese, riducendo i disagi sul piano economico degli stessi.

③ Aumento della domanda di energia per sostenere lo sviluppo (rapido) di paesi popolosi (Cina e India).

Nello Scenario delle Nuove Politiche, il fabbisogno globale di energia aumenta più

lentamente rispetto al passato, ma continua ad espandersi del 30% tra oggi e il 2040. Questo è l'equivalente di aggiungere un'altra Cina e India alla domanda globale di oggi (World Energy Outlook 2017).

Un'economia globale che cresce ad un tasso medio del 3,4% all'anno, una popolazione che si espande da 7,4 miliardi di oggi a oltre 9 miliardi nel 2040 e un processo di urbanizzazione che aggiunge una città delle dimensioni di Shanghai alla popolazione urbana mondiale ogni quattro, sono questi i dati riportati dalle proiezioni IEA.

Il maggiore contributo alla crescita della domanda - quasi il 30% - proviene dall'India, la cui quota di utilizzo globale di energia sale all'11% entro il 2040, ancora ben al di sotto della sua quota del 18% nella popolazione globale prevista (figura 1.6).

Il Sudest asiatico è un altro peso maggiore nell'energia globale, con una domanda che cresce al doppio del ritmo della Cina. Complessivamente, i paesi in via di sviluppo in Asia

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rappresentano i due terzi della crescita energetica globale, mentre il resto proviene principalmente dal Medio Oriente, dall'Africa e dall'America Latina.

Tabella 1 - Domanda mondiale di energia primaria per combustibile e scenario futuro. (fonte: WEO 2016, IEA)

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④ Cambiamento climatico globale (effetto serra) ⑤ Inquinamento locale

⑥ Sviluppo Sostenibile e Green Economy

I punti ④, ⑤, ⑥ approfondiscono il tema dell’impatto ambientale delle fonti rinnovabili. Il basso impatto ambientale delle fonti rinnovabili è il loro principale vantaggio. Il loro utilizzo non comporta infatti nessun tipo di emissione di anidride carbonica e di altri agenti inquinanti.

Le energie rinnovabili rappresentano uno degli strumenti per perseguire un modello di sviluppo sostenibile che fronteggi il problema ambientale e che sia in grado di modificare le dinamiche geopolitiche governate dalla distribuzione dei combustibili fossili. In questo senso le Energie Rinnovabili diventano un cardine della Green Economy, ovvero un modello di economia che mira alla riduzione dell'impatto ambientale mediante provvedimenti in favore dello sviluppo sostenibile, come la riduzione dei consumi, il riciclaggio dei rifiuti.

La Green Economy offre da un lato opportunità di crescita dei sistemi economici basati su tecnologie a basso impatto ambientale e dall’altro la possibilità di cambiare gli stili di vita verso una riduzione dei consumi e ad una maggiore efficienza nelle scelte di consumo.

1.4 Diffusione dei pannelli solari fotovoltaici (SPP)

Prima di approfondire il tema sulla diffusione dei SPP, è opportuno introdurre una spiegazione sul funzionamento di un impianto fotovoltaico.

I pannelli fotovoltaici, costituiti dall’unione di più celle fotovoltaiche, convertono l’energia dei fotoni in elettricità. Il processo che crea questa “energia” viene chiamato effetto

fotovoltaico, ovvero il meccanismo che, partendo dalla luce del sole, induce la “stimolazione” degli elettroni presenti nel silicio di cui è composta ogni cella solare. In semplici parole: quando un fotone colpisce la superficie della cella fotovoltaica, la sua energia viene trasferita agli elettroni presenti sulla cella in silicio. Questi elettroni vengono “eccitati” e iniziano a fluire nel circuito producendo corrente elettrica. Un pannello solare produce energia in

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Corrente Continua, in inglese: DC (Direct Current). Sarà poi compito dell’inverter convertirla in Corrente Alternata (AC) per trasportarla ed utilizzarla nelle reti di distribuzione. Gli edifici domestici e industriali, infatti, sono predisposti per il trasporto e l’utilizzo di corrente

alternata.

Ogni sistema fotovoltaico è formato da almeno due componenti di base: i moduli fotovoltaici, composti da celle fotovoltaiche che trasformano la luce del sole in elettricità; uno o più inverter, apparecchi che convertono la corrente continua in corrente alternata. I moderni inverter integrano sistemi elettronici di gestione “intelligente” dell’energia e di ottimizzazione della conversione. Possono inoltre integrare dei sistemi di stoccaggio temporaneo

dell’elettricità: batterie AGM, batterie al Litio o di altro tipo. Oltre a queste componenti principali ci sono poi i quadri elettrici, i cavi solari, le strutture di supporto, centraline, ecc. (fonte: fotovoltaiconorditalia.it)

La crescita del fotovoltaico ha contribuito in massima parte al boom delle rinnovabili nel 2016 a livello globale, secondo il nuovo rapporto statistico della IEA (International Energy Agency) dal titolo "Renewables 2017 ", superando quella del carbone e di qualsiasi altra fonte di energia.

Il grafico sotto mostra l’andamento delle varie fonti, con lo storico sorpasso del solare sul carbone quanto a potenza netta aggiuntiva nell’anno 2016, soprattutto per prezzi in continuo ribasso, anche se è comunque molte forte il contributo dato dalla diffusione degli impianti residenziali e commerciali.

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Dei 920 GW di nuova potenza elettrica verde, stimati dall’IEA per il periodo 2017-2022, La fetta maggiore spetterà al fotovoltaico: 438 GW sommati in un quinquennio, tanto da arrivare a una capacità cumulativa di circa 740 GW nel 2022, sulla scia delle misure pro-rinnovabili in Cina e India e del buon andamento del mercato statunitense, nonostante le incertezze che lo stanno attraversando. Il grafico sotto riassume tali previsioni: nello scenario “accelerato” le tecnologie pulite potrebbero perfino superare 1.000 GW di capacità aggiuntiva da oggi al 2022.

Figura 1.8 - Crescita della capacità elettrica rinnovabile per tecnologia (fonte: WEO 2017, IEA)

Diversi autori si sono interessati allo studio dei principali fattori che hanno contribuito alla diffusione del mercato dei pannelli fotovoltaici, rilevandone diversi: dagli incentivi statali, ai fattori socio-demografici.

Breyer et al. (2010), nel loro studio, individuano nella Ricerca e Sviluppo le principali forze trainanti per una costante riduzione dei costi nel fotovoltaico che ne consente quindi una rapida diffusione. Dalle loro analisi, risulta che per il periodo 2000-2008 Corea, Giappone e Cina sono i principali inventori della tecnologia fotovoltaica. Su scala globale, il 6-12% delle vendite dell'industria fotovoltaica è investito in ricerca e sviluppo per quanto riguarda i nuovi prodotti e i processi produttivi. Questi investimenti sono stati finanziati a circa il 20% da finanziamenti pubblici diretti e il resto da aziende in larga misura finanziate indirettamente da programmi di introduzione sul mercato fotovoltaico.

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In linea con quanto detto, Foxon (2010) sostiene che saranno necessari investimenti pubblici e privati in nuove tecnologie a basse emissioni di carbonio per la conversione e lo stoccaggio dell'energia che daranno luogo a riduzioni dei costi. Le stime suggeriscono che i costi annuali pari alla metà del PIL consentirebbero investimenti mirati allo sviluppo e alla diffusione di alternative tecnologiche a basse emissioni di carbonio.

Masini e Frankl (2003) studiano se politiche attentamente progettate possono avviare un processo di diffusione su larga scala del fotovoltaico collegato alla rete, anche senza lo sviluppo di sussidi esterni.

I risultati dell’analisi confermano che azioni strategiche opportunamente progettate sono fondamentali per sviluppare un ciclo fotovoltaico virtuoso e massimizzare la penetrazione a lungo termine dei sistemi. Pertanto, hanno importanti implicazioni economiche e ambientali per i responsabili politici a livello nazionale e internazionale che devono affrontare la sfida di ridurre le emissioni di CO2. Inoltre, sono anche di interesse per le utilities elettriche che

vogliono valutare il potenziale futuro del mercato del fotovoltaico ai fini della pianificazione strategica a lungo termine.

In letteratura, il tema della diffusione dei pannelli fotovoltaici è stato affrontato da diversi autori, ciascuno dei quali focalizza la propria analisi su un diverso fattore di sviluppo riguardante questo mercato particolare.

Palmer et al. (2015) notano come riduzione dei costi e incentivi statali debbano andare di pari passo per un efficace sviluppo del mercato del fotovoltaico. Infatti, anche con la riduzione dei costi dei moduli fotovoltaici, l'iniziale adozione del boom fotovoltaico non può essere

replicata a causa della significativa diminuzione degli incentivi governativi. Inoltre, l'elettricità prodotta autonomamente diventa sempre più vantaggiosa nel tempo. Anche i vantaggi ambientali e la comunicazione sono importanti, ma nemmeno tanto quanto le considerazioni economiche.

Chi invece si concentra sullo studio diretto dei proprietari degli impianti solari fotovoltaici sono Rai e McAndrews (2012), i quali nella loro indagine pongono l’attenzione sui dati socio-demografici e sul processo decisionale degli adottanti fotovoltaici, i canali di informazione utilizzati dagli adottanti fotovoltaici, il confronto tra le aspettative post e preinstallazione da PV (come l'esperienza di gestione e manutenzione, la soddisfazione del cliente e la

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il proprietario medio di impianti fotovoltaici sia istruito e abbia un reddito maggiore rispetto al texano medio. L'interesse per il fotovoltaico è dovuto principalmente al fatto che il

fotovoltaico è considerato un investimento finanziariamente prudente e riduce l'impatto ambientale (altrettanto importante). Gli adottanti avevano poca incertezza sull'investimento (le informazioni che avevano ricevuto erano chiare) e sembravano molto soddisfatti. La maggior parte degli utenti usa metriche semplici come il periodo di recupero per valutare la finanza del fotovoltaico.

Lo stesso Rai (in Rai, V., & Sigrin, B. (2013).) studia un anno più tardi la natura del processo decisionale del consumatore nell'adozione della tecnologia fotovoltaica concentrandosi sulle metriche finanziarie. Come risultato si ha che il modello di leasing è più efficace

nell'affrontare i requisiti informativi dei consumatori e che le variabili socio-demografiche non sono significativamente diverse per gli acquirenti di impianti fotovoltaici rispetto ai locatari fotovoltaici (contrariamente ad altri studi). Invece, il modello di leasing ha aperto il mercato fotovoltaico residenziale al vasto segmento di consumatori con una stretta

accessibilità al flusso di cassa.

È chiaro quindi che le politiche incentivanti debbano tener conto dello stile di vita comportamentale e dei fattori culturali dei possibili adottanti per essere efficaci.

Ci sono autori come Seel, Barbose, e Wiser, (2014), che tentano un approccio diverso allo studio, andando ad analizzare la situazione in diversi Paesi. Nello specifico, essi fanno un confronto tra il mercato fotovoltaico in Germania e negli Stati Uniti. I tre autori hanno notato come i costi (relativi all'acquisizione e al lavoro di installazione) fossero sensibilmente più bassi in Germania rispetto agli Stati Uniti, e che alcune tasse aggiuntive negli Stati Uniti avessero aumentato ancora di più la differenza di prezzo. Propongono l'introduzione di politiche che potrebbero consentire un mercato solido e duraturo, riducendo al minimo la sua frammentazione e un costante declino degli incentivi e una certa proposta di valore per

contribuire ad accelerare la riduzione dei costi del fotovoltaico negli Stati Uniti. Notano infine che i marchi di moduli cinesi e taiwanesi a basso costo siano penetrati nel mercato

residenziale di entrambi i paesi nel 2012 (passando dal 23% al 39% in Germania e dal 32% al 40% negli Stati Uniti dal 2010 al 2012).

Come Seel et al., anche Chowdhury et al. (2014) realizzano uno studio comparativo tra Giappone e Germania. Creano un quadro analitico per valutare gli effetti della politica sulla crescita del mercato interno e la diffusione della tecnologia incentrata sul fotovoltaico. Da

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questo studio ne risulta che il mercato del fotovoltaico giapponese si è inizialmente espanso a causa di cambiamenti esterni mediati dalla consapevolezza del pubblico ed è rimasto per lungo tempo al primo posto, seguito da un calo causato da politiche energetiche non allineate e dall'attenzione del paese all'energia nucleare più che alle energie rinnovabili. La Germania produce elettricità fotovoltaica più economica dai loro tetti rispetto all'acquisto di energia elettrica dalla rete a causa del forte calo dei prezzi dei sistemi fotovoltaici sui tetti negli ultimi anni. Lo studio identifica come possibili misurazioni per la costante diffusione del

fotovoltaico un nuovo e continuo programma di supporto combinato con chiari obiettivi politici per la tecnologia fotovoltaica.

De La Tour et al. (2011) sono interessati a come la Cina diventi uno dei principali attori del settore fotovoltaico globale e come i produttori abbiano accesso alle tecnologie e alle competenze necessarie per produrre sistemi fotovoltaici.

Ne risulta che i produttori cinesi sono per lo più attivi nei segmenti a valle della catena di produzione fotovoltaica, dove le barriere all'ingresso sono basse, la concorrenza è dura ei margini di profitto sono esigui. Ciononostante, la Cina intende conquistare anche i mercati a monte che in quel momento erano guidati da società occidentali. La Cina ha acquisito le tecnologie per produrre celle e moduli acquistando attrezzature di produzione e reclutando imprenditori qualificati, sfruttando il vantaggio competitivo della manodopera a basso costo. Il commercio internazionale è stato un fattore chiave della diffusione della tecnologia

fotovoltaica in Cina. Esportano il 95% della loro produzione.

Guidolin e Mortarino (2010) utilizzano il modello generalizzato di Bass per prevedere i modelli di adozione della capacità installata fotovoltaica in diversi Paesi, concentrandosi sugli investimenti nel settore fotovoltaico. Dal loro studio viene evidenziato l'effetto positivo degli incentivi politici nello stimolare la diffusione del fotovoltaico. I paesi hanno fasi diverse nell'adozione del fotovoltaico che evidenzia il vantaggio competitivo di coloro che hanno investito presto nelle energie alternative. In Giappone, Germania e Regno Unito i mercati fotovoltaici erano in una fase matura mentre in Australia, Canada e Francia avevano un mercato in costante crescita. In generale, per tutti i paesi, gli innovatori svolgono un ruolo delicato per il mercato fotovoltaico, ed il comportamento imitativo è dominante nelle adozioni.

Altro autore che utilizza il modello di diffusione di Bass è Islam (2014) per prevedere il tempo di adozione dei pannelli solari fotovoltaici. Il suo scopo principale è quello di mappare

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la teoria dell'innovazione dirompente nella diffusione delle innovazioni per aiutare i decisori politici concentrandosi su due domande principali: se le famiglie preferiscono la nuova tecnologia e quando (se nel caso) la adotteranno.

Dai risultati dello studio emerge che i fattori più significativi che influenzano l'adozione sono la consapevolezza della tecnologia e il risparmio dei costi energetici che mette in luce la necessità di un'educazione efficace sui benefici dell'adozione del fotovoltaico. Inoltre, le famiglie più giovani hanno una maggiore probabilità di adottare precocemente il fotovoltaico a causa della maggiore consapevolezza e della bassa sensibilità ai fattori correlati ai costi. Inoltre, vi è un impatto positivo sul risparmio energetico, sulla ricompensa delle esportazioni e sui tassi di adozione del vicinato sui tassi di adozione attraverso il passaparola.

1.4.1 Incentivi pubblici al fotovoltaico: una rassegna della letteratura (ruolo, effetti e prospettive)

Gli incentivi pubblici per il fotovoltaico sono incentivi offerti ai consumatori di elettricità per l'installazione e il funzionamento di sistemi di generazione solare-elettrica, noto anche come fotovoltaico (PV). Un governo può offrire incentivi per incoraggiare l'industria del

fotovoltaico a raggiungere le economie di scala necessarie per competere laddove il costo dell'elettricità prodotta dal fotovoltaico è superiore al costo della rete esistente. Tali politiche sono attuate per promuovere l'indipendenza energetica nazionale o territoriale fornendo una valida fonte di energia per i paesi che mancano di combustibili fossili (questo elemento non è sottolineato in letteratura), la creazione di posti di lavoro ad alta tecnologia, la riduzione delle emissioni di biossido di carbonio che causano il cambiamento climatico e favorire di

conseguenza lo sviluppo del mercato di pannelli fotovoltaici e in generale delle Energie Rinnovabili.

Quando, in un dato paese o territorio, il costo dell'elettricità solare cade per soddisfare

l'aumento del costo dell'elettricità della rete, viene raggiunta la "parità della rete" e in linea di principio non sono più necessari incentivi. In alcuni luoghi, il prezzo dell'elettricità varia in funzione dell'ora e del giorno (a causa delle variazioni della domanda). Nei luoghi in cui l'elevata domanda (e gli alti prezzi dell'elettricità) coincidono con il sole elevato (di solito luoghi caldi con l'aria condizionata), la parità di rete viene raggiunta prima che l'elettricità solare raggiunga il prezzo medio dell'elettricità della rete.

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Gli incentivi possono essere classificati come:

• Politiche di supporto diretto (supportano direttamente l’acquirente di SPP):

1) Preinstallazione: sconti sul prezzo iniziale di installazione, linee di credito, ecc. 2) Post-installazione: i meccanismi di Net-metering e Feed-in-Tariff (FIT) premiano

l'elettricità prodotta in eccesso con lo stesso prezzo kWh addebitato dall'utenza o anche superiore.

• Politiche indirette:

1) Tasse e commissioni: Carbon Tax, tassa per non erogare i pagamenti dei crediti dell'energia solare rinnovabile.

2) Investimenti pubblici: progetti dimostrativi, associazioni che mirano a diffondere consapevolezza tecnologica (Yamaguchi, 2013), Ricerca e Sviluppo.

I principali meccanismi di incentivazione che vengono adoperati dai governi (spesso in combinazione) sono:

• Contributi (Sussidi) agli investimenti: le autorità rimborsano parte dei costi di installazione del sistema.

• Feed-in-tariff / misurazione netta (Net Metering): l'utility elettrica acquista energia fotovoltaica dal produttore con un contratto pluriennale a tasso garantito.

• Solar Renewable Energy Certificates ("SRECs"), ovvero Certificati di energia rinnovabile solare.

• Carbon Tax: Tassa sui prodotti energetici che emettono biossido di carbonio (CO2) nell’atmosfera. È un esempio di tributo ambientale (ecotassa), calcolato in base alla quantità di inquinante generato dalla combustione.

• Renewable Portfolio Standard (RPS), ovvero standard di portafoglio rinnovabile: è una normativa che richiede l'aumento della produzione di energia da fonti energetiche rinnovabili (quali l'energia eolica, solare, biomassa e geotermica).

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Sussidi agli investimenti

Con i sussidi agli investimenti, l'onere finanziario ricade sul contribuente, mentre con le Feed-in-Tariff il costo aggiuntivo viene distribuito tra le basi di clienti delle utilities. Mentre il sussidio agli investimenti può essere più semplice da amministrare, l'argomento principale a favore delle feed-in-tariff è l'incoraggiamento della qualità. Le sovvenzioni agli investimenti vengono erogate in base alla capacità della targa del sistema installato e sono indipendenti dal rendimento energetico effettivo nel tempo, in modo da premiare la sovrastima della potenza e tollerare una scarsa durata e manutenzione.

Feed-in Tariff (FiT)

Con le feed-in-tariff, l'onere finanziario iniziale ricade sul consumatore. Le tariffe feed-in premiano il numero di kilowattora generati per un lungo periodo di tempo, ma poiché il tasso è fissato dalle autorità può comportare un pagamento in eccesso del proprietario dell'impianto fotovoltaico. Il prezzo pagato per kWh con una tariffa feed-in supera il prezzo dell'elettricità della rete.

Misurazione netta (Net Metering)

"Conteggio netto" si intende il caso in cui il prezzo pagato dall'utility è uguale al prezzo praticato, spesso raggiunto facendo girare il contatore dell'elettricità all'indietro come

elettricità prodotta dall'impianto FV in eccesso rispetto all'importo utilizzato dal proprietario dell'installazione viene reimmessa nella rete.

Solar Solar Renewable Energy Credits (SRECs)

In alternativa, gli SREC consentono un meccanismo di mercato per stabilire il prezzo del sussidio per l'elettricità generata dal solare. In questo meccanismo, viene fissato un obiettivo di produzione o consumo di energia rinnovabile e l'utility (più tecnicamente l'entità di servizio del carico) è obbligata ad acquistare energia rinnovabile o ad affrontare un'ammenda

(pagamento di conformità alternativo o ACP). Il produttore è accreditato per un SREC per ogni 1.000 kWh di elettricità prodotta. Se l'utility acquista questo SREC e lo ritira, evitano di pagare l'ACP. In linea di principio questo sistema offre l'energia rinnovabile più economica, dal momento che tutte le strutture solari sono idonee e possono essere installate nelle

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mercati dei contratti SREC a lungo termine per dare chiarezza ai loro prezzi e consentire agli sviluppatori solari di prevendere / coprire i loro SREC.

Carbon Tax

La ratio della norma è quella di far ‘riparare’ il danno all’ambiente direttamente da parte di chi immette nell’atmosfera biossido di carbonio. Dato che l’inquinamento rappresenta un costo sociale che non è compreso nel costo privato del produttore (esternalità negativa), la tassa ha lo scopo di far rientrare nel costo privato anche il costo sociale di produzione. Il carico tributario è tanto maggiore quanto più elevato è l’inquinamento prodotto. L’intenzione del meccanismo è quella di scoraggiare chi produce energia dall’utilizzo di combustibili inquinanti.

Standard di Portafoglio Rinnovabile (Renewable Portfolio Standard)

Il meccanismo RPS impone alle aziende fornitrici di energia elettrica di produrre una frazione specifica della loro elettricità da fonti energetiche rinnovabili. I generatori di energia

rinnovabile ottengono certificati per ogni unità di elettricità che producono e possono venderle insieme alla loro elettricità per rifornire le aziende.

In un’indagine sulle preferenze dei consumatori in Giappone (da Yamaguchi, 2013) riguardo i pannelli fotovoltaici e gli scalda-acqua solari, risulta che una riduzione del costo iniziale per l’acquisto di questi tipi di tecnologia è più efficace di una riduzione dei costi operativi. Per cui un sussidio risulta essere più efficiente nella diffusione delle tecnologie rispetto al FIT poiché il surplus economico di un FIT è inferiore a quello di un sussidio (avendo il FIT dei costi marginali significativamente maggiori rispetto a quelli di un sussidio).

Nonostante ciò, bisogna considerare che il Feed-in-Tariff resta il meccanismo più utilizzato per la diffusione dei SPP ed è stato utilizzato da stati come Canada, Germania, Spagna, Australia, risultando tra le politiche energetiche più vantaggiose (Solangi et al. 2011).

L’utilizzo del Feed-in-Tariff e altre politiche di energia solare come esenzioni fiscali, sussidi, incentivi alla formazione, standard di portafoglio rinnovabili, hanno dunque permesso di aumentare significativamente la generazione di energia solare, tanto da definirle dallo stesso autore delle “storie di successo”, riferendosi ai casi di USA, Canada, Germania, Spagna, Australia, Cina e Francia.

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Questa analisi verrà poi confermata nel 2015 da Sahu, il quale analizza le politiche solari fotovoltaiche dei primi dieci paesi produttori di energia solare a livello globale, ovvero Germania, Italia, Giappone, Spagna, Stati Uniti, Cina, Francia, Belgio, Repubblica Ceca e Australia. Ne risulta infatti che la diffusione di energia solare in questi Stati, dipenda dalle già citate politiche di FIT, Net Metering, standard di portafoglio rinnovabili (RPS), e da ulteriori politiche come i prestiti bancari a basso interesse, gli obiettivi nazionali di energia rinnovabile del paese, Investment Tax Credit (ITC), premi di mercato e aste inverse per lo sviluppo dell'energia solare.

Sempre in tema di confronto comparativo tra differenti Stati, è opportuno citare il lavoro di Avril et al. 2012, in cui il sostegno pubblico per il fotovoltaico è valutato per cinque paesi rappresentativi (Francia, Germania, Giappone, Spagna e Stati Uniti) da un'estesa revisione politica. Sulla base delle loro valutazioni finanziarie, le prestazioni di queste politiche sono confrontate dai diversi stati di sviluppo del fotovoltaico in ciascun paese. La conclusione principale è che è necessario avere una politica ben pianificata, cioè con un livello controllato di spesa e un'equilibrata allocazione di questi, al fine di installare la quantità desiderata di PV, per controllare il suo impatto sui prezzi dell'elettricità e per dare una visibilità sufficiente agli industriali.

Lee e Huh (2017) indagano sul problema degli effetti degli strumenti politici nel settore dell'energia elettrica in vari scenari, considerando i prezzi del petrolio internazionale un fattore potenziale alla base della diffusione delle energie rinnovabili.

I risultati mostrano che gli standard di portafoglio rinnovabili influenzano significativamente la diffusione delle energie rinnovabili rispetto alla feed-in-tariff nel settore dell'energia elettrica della Corea del Sud e l'aumento dei prezzi internazionali del petrolio ha portato a tassi di diffusione più elevati. Gli stessi autori però ammettono che questa preferenza tra le due politiche nominate sia circoscritta al caso della Corea del Sud, vi sono infatti, nonostante numerosi studi sugli effetti di queste politiche, opinioni contrastanti su quale politica sia più efficace. Persino la ricerca sulla relazione tra i prezzi del petrolio e la penetrazione di energia rinnovabile presenta risultati contrastanti. Gli studi sulle politiche delle energie rinnovabili si sono concentrati sull'individuazione di politiche efficaci tra la moltitudine di politiche. Questi studi hanno sollevato una domanda chiave: quale dei due regimi principali, la politica basata sui prezzi (incentivi fiscali e finanziari) o la politica basata sulle quantità (misure

regolamentari), dovrebbe essere adottata come politica a livello nazionale o statale? Il feed-In-tariff rappresenta il primo regime e RPS il secondo. Poiché sono la spina dorsale delle

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politiche di energia rinnovabile nella maggior parte dei paesi, molti studi hanno confrontato i loro effetti ma hanno presentato risultati diversi a seconda del focus individuale.

Non essendoci uno strumento che prevalga sugli altri in tema di efficacia, è lecito domandarsi se sia necessaria una coesistenza tra questi. Nei loro studi del Río e Mir-Artigues (2014) hanno confermato la necessità di combinazioni di strumenti per lo sviluppo di energie rinnovabili, in quanto uno strumento unico non può affrontare contemporaneamente più fallimenti del mercato. Fagiani et al. (2014) hanno rilevato che un'unica politica è inefficiente dal punto di vista dei costi nell'aumento dell'elettricità prodotta da fonti energetiche

rinnovabili.

Adachi (2010), nel suo studio sul ruolo delle politiche nel supportare la diffusione dei pannelli fotovoltaici in Ontario (Canada), sostiene che, nonostante sia l'intento dei programmi di incentivazione come la RESOP (Renewable Energy Standard Offer Program) di iniziare a ridurre le barriere finanziarie e ad aumentare l'accessibilità dei sistemi solari fotovoltaici, non vi è alcuna garanzia che la loro presenza comporterà un aumento dell'adozione. Il modo in cui i consumatori interagiscono "sul campo" con tali programmi di incentivi determina in

definitiva la loro efficacia. A causa della natura complessa della diffusione tecnologica, è necessario approfondire l'analisi per comprendere l'intera gamma di fattori e barriere nel contesto nordamericano.

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2 Modelli matematici di diffusione

La necessità delle imprese di migliorare le tecniche di pianificazione e controllo delle strategie aziendali, volte ad ottimizzare i loro investimenti, ha portato ad un aumento dell’interesse nell’individuazione di un metodo che preveda, nel miglior modo possibile, l’evoluzione di un’innovazione sul mercato.

L’argomento riguardo i modelli di diffusione ha, nella letteratura, un’espansione interdisciplinare, trovando numerosi riscontri in materie quali sociologia, antropologia, biologia, epidemiologia, marketing ed altro.

Nel marketing, i modelli di diffusione sono stati usati tradizionalmente per catturare le dinamiche del ciclo di vita di un nuovo prodotto, prevedendo la domanda di un nuovo prodotto, e valutando l’andamento delle vendite future prima del lancio sul mercato o nei periodi immediatamente successivi, fungendo da ausilio decisionale per effettuare le opportune scelte. Dal loro ingresso nel marketing, i modelli di diffusione sono diventati sempre più complessi. Questa complessità è stata guidata dalla necessità di migliorare la capacità di previsione di questi modelli e di migliorare la loro utilità come strumento decisionale per i manager. È chiaro che le tecniche di previsione non possano eliminare del tutto l’incertezza, ma la possano ridurre anche considerevolmente.

L’obiettivo della teoria dei modelli di diffusione è quello di spiegare: la velocità con cui si propaga un’innovazione, ovvero il “ritmo” della diffusione, dal momento della sua

introduzione sul mercato fino alla fine del suo ciclo di vita; in che modo la diffusione si manifesta (le sue modalità), partendo per esempio da pochi “innovatori iniziali” isolati e poi allargandosi a gruppi specifici di individui; le sue cause, ossia i motivi per cui, per esempio, l’automobile è divenuta un bene di massa nel mondo occidentale solo intorno al 1960 con oltre 60 anni di ritardo dalla sua presentazione).

Nelle seguenti sezioni, verranno presentati alcuni cenni storici riguardanti i principali studi nella letteratura dei modelli di diffusione e alcune caratteristiche generali. In seguito, verranno presentati i principali modelli di diffusione: il modello “esterno” nella sezione 2.3, il modello “interno” nella sezione 2.4, il modello base di Bass (BM) nella sezione 2.5 ed il modello Generalizzato di Bass (GBM) nella sezione 2.6. Infine verrà proposta un’analisi degli effetti

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possibili degli shock sulle traiettorie del Modello Generalizzato di Bass comparato con il Modello di Bass semplice.

2.1 Cenni storici e concetti primari sulla diffusione

Il primo studio riguardante la diffusione appare nel 1903, ad opera del sociologo francese Gabriel Trade, il quale introduce la curva “S-shaped” con le sue tre fasi:

1) Fase di innovazione: in questa fase la diffusione è rallentata da diverse variabili come il prezzo elevato, bassa consapevolezza dell’esistenza del prodotto, etc.;

2) Fase di crescita: rappresentata da una veloce diffusione del prodotto fino a quando l’innovazione diventa una soluzione standard;

3) Fase di maturità: è la fase in cui la diffusione rallenta e si arriva alla saturazione del mercato.

Lo studio di Ryan e Gross (1950) ha portato a nuove intuizioni importanti. Tra queste il fatto che la decisione di adottare un’innovazione non sia oggettiva ma soggettiva. Per esempio, gli agricoltori nelle loro scelte non tenevano conto principalmente del vantaggio economico, come sarebbe razionale, ma delle scelte degli altri, ovvero del processo sociale. Inoltre, i due studiosi dividono gli imprenditori in 5 categorie (approccio che sarà ripreso da Rogers): innovatori, adottanti precoci, maggioranza precoce, maggioranza tardiva ed i ritardatari; ognuna di esse conteneva soggetti che avevano in comune certe caratteristiche.

Nel 1962, Everett Rogers, professore di sociologia rurale, pubblicò la prima edizione della serie “Diffusion of innovations” che conteneva una sintesi delle teorie precedenti ed era basata su studi interdisciplinari. Al passare degli anni seguirono altre opere importanti tra cui la terza edizione della serie, che va sempre più nell’approfondire l’argomento, e in cui definisce la diffusione come “il processo per cui un’innovazione viene comunicata nel tempo attraverso certi canali tra i membri di un sistema sociale” (Rogers 1995).

Rogers considera che posteriormente alla diffusione esiste la fase di adozione, rappresentata dal “processo mentale tramite cui un individuo passa dal primo contatto con l’informazione alla sua adozione” (Rogers 1995).

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Gli studi di Everett Rogers rappresentano il punto di partenza fondamentale per approcciarsi allo studio di un modello di diffusione. Il modello di Rogers, comunemente applicato in tutto il mondo sia nei paesi industrializzati che in quelli in via di sviluppo, spiega il processo mediante il quale le innovazioni sono diffuse ed adottate nelle comunità di consumo.

Il modello di diffusione suggerisce che nel tempo il processo di diffusione segue una curva di frequenza a forma di campana. Sulla base del momento del loro ingresso in questa curva di frequenza i consumatori sono divisi in cinque categorie: innovatori, primi adottanti, prima maggioranza, tarda maggioranza e ritardatari. Rogers non solo mantiene la suddivisione degli adottatori proposta da Ryan e Gross, ma la “quantifica” mediante la curva Gaussiana, in base ai tempi o i ritardi di adozione. In questo modo Rogers chiama “innovatori” quei soggetti, numericamente il 2,5% della popolazione degli adottanti, che hanno adottato prima nel tempo. Similmente chiama “adottanti precoci” quel 13,5% che adotta nell’intervallo di tempo

immediatamente successivo ai primi, seguiti dalla “maggioranza precoce”, rispettivamente dalla “maggioranza tardiva”, ciascuna con il 34% della popolazione di adottanti, ed in fine dai “ritardatari”, quel 16% che adottano per ultimi, come si vede nella seguente figura:

Figura 2.1 – Curva campanulare di Rogers divisa per sezioni di adottanti

Poiché lo schema di Rogers è puramente descrittivo, viene largamente criticato dai suoi successori. I più evidenti difetti del modello gaussiano sono: la rigidità intrinseca, perché non tutti i cicli di vita di prodotti sono “programmati” per seguire una curva gaussiana; la

mancanza di un’incorporazione esplicita di fattori o meccanismi casuali operanti nel corso del processo di adozione; la difficoltà predittiva. (Manfredi 2013)