Capitolo 3
Gli impianti fotovoltaici portuali
3.1 Perché un impianto fotovoltaico portuale?
Il nocciolo centrale del lavoro da noi affrontato è lo studio di fattibilità ed il progetto di un impianto fotovoltaico (la cui taglia sarà dimensionata successivamente) da installare lungo la parte sopraelevata del molo sottoflutto del porto turistico di Cala Galera, situato sul lato est di Monte Argentario (GR).
fig 3.1 – Monte Argentario.
Nasce spontaneo chiedersi perché installare un impianto fotovoltaico in un porto turistico, ed in secondo luogo perché abbiamo scelto quella particolare locazione, ovvero i motivi che ci hanno portato a-priori ad analizzare questa eventualità.
3.1.1 Ubicazione.
Rispondiamo prima alla seconda domanda, partendo da considerazioni economiche.
In primo luogo teniamo presente che il porto di Cala Galera rappresenta una realtà imprenditoriale portuale di discrete proporzioni sul panorama tirrenico toscano. Per buona parte dell’anno riesce a riempire i suoi 700 posti di imbarcazioni che vanno dai 6 fino ai 50 mt di lunghezza, comportando buone entrate e conferendo una discreta quantità di posti di lavoro alla gente del posto. Per una tale realtà economica un investimento monetario con il grado di sicurezza di un progetto fotovoltaico rappresenta una situazione a nostro avviso ideale, con pochi rischi, con un tempo di ritorno dell’investimento di pochi anni, e con un margine di guadagno considerevole nei 20 anni che consideriamo cautelativamente il tempo di vita dell’impianto (cosa che dimostreremo successivamente). Inoltre va anche considerato il presumibile ritorno di immagine conseguente ad una installazione di questo tipo, fattore da non sottovalutare in ambienti turistici e pubblici in generale.
La posizione geografica inoltre offre prerogative notevoli.
Il progetto prevede l’istallazione dei pannelli lungo il camminatoio del sottoflutto, su un unico doppio filare esteso lungo tutto il molo. La lunghezza sfruttabile è di 354 metri, ed una volta montati i pannelli parallelamente al molo stesso questi si troverebbero esposti a sud con un angolo di azimut di 171 ° ( in astrofisica, angolo compreso tra il nord geografico e la proiezione sul piano dell’orizzonte terrestre di un astro. Nel nostro caso, l’angolo compreso tra il nord e la proiezione terrestre della retta ortogonale ai pannelli, e quindi al molo sottoflutto).
fig 3.4 - Sottoflutto_vista dalla banchina e dal camminatoio in direzione ovest.
La struttura è dimensionalmente, architettonicamente e geograficamente adatta ad ospitare l’installazione. Il camminatoio, in passato utilizzato come passeggiata ed ora non sfruttato, ha una larghezza di 6 metri che consente il posizionamento dei pannelli lasciando anche il margine al passaggio pedonale del personale tecnico e l’alloggiamento di altri eventuali dispositivi quali inverter.
Il fattore di ombreggiamento non deriva da costruzioni limitrofe ma solamente da una collina in direzione sud – sud-ovest che ospita Forte Filippo, fortezza di epoca spagnola, e da Monte Argentario ancora più ad ovest. Quando parleremo dell’ irraggiamento solare percepito dalla struttura vedremo che l’effetto delle ombre è molto ridotto.
Il molo non è direttamente esposto ad eventuali intemperie climatiche del mare, perché è protetto a sud da un frangiflutto a gomito ed a nord da una insenatura naturale poco profonda e limitata dalla terraferma; questo evita problematiche addizionali anche se l’effetto della salinità va comunque considerato un problema che affronteremo.
fig 3.5 – Viste della spiaggia a nord del molo sottoflutto dal camminatoio e dall’alto.
Il molo presenta circa all’altezza della sua metà una sala cabina elettrica contenente un trasformatore trifase di bassa tensione da 500 KVA di potenza nominale che sarà sfruttato nel progetto per facilitare l’installazione.
Lo specchio d’acqua che i pannelli avrebbero davanti, incrementa per effetto dell’ albedo l’irraggiamento ricevuto dal sole: tra le superfici riflettenti l’acqua è una delle più efficaci.
fig 3.6 – Riflesso dell’acqua.
L’accesso all’impianto, infine, è appropriato e già permesso da passaggi appositi che verrebbero consentiti al personale tecnico.
3.1.2 Le applicazioni fotovoltaiche nei porti.
L’utilizzo di apparecchiature fotovoltaiche nelle aree marittime italiane è già piuttosto diffuso per applicazioni isolate (quali l’alimentazione di piccoli fari), mentre ancora non è sviluppato molto nell’ottica di una produzione collegata alla rete o di alimentazioni isolate di potenza maggiore ai 20 KWp. L’impiego di questa soluzione, a nostro avviso coerente con la generale situazione italiana nel settore della diffusione fotovoltaica, è però in fase di sviluppo soprattutto in un’ottica di autosufficienza energetica per isole con bassi consumi elettrici. Ne è un esempio l’impianto di Ginostra, piccola frazione di Stromboli, minuscolo punto di terra nell'arcipelago delle Eolie, ultimato per conto del CESI nel 2004.
Si tratta di un impianto fotovoltaico da 100 kW con una rete di distribuzione in bassa tensione, interamente interrata, che si estende per 5000 metri ed alimenta le 140 utenze dell'isola.
L’impianto, il cui costo è stato di circa 2,5 milioni di euro, è costituito dai seguenti principali componenti:
- Un generatore fotovoltaico composto da 868 moduli per un totale di 104 kW di picco, dimensionato per garantire l’alimentazione della frazione e produrre circa 100.000 kWh all'anno, evitando l’immissione in atmosfera di oltre 700 tonnellate/anno di CO2.
- duecento elementi di accumulo con capacità di 3000 Ah, dimensionati per consentire una autonomia di esercizio di circa 4 giorni a pieno carico e senza alcun contributo del generatore fotovoltaico;
- tre gruppi integrati, ciascuno con potenza di targa di 50 kW, composti da raddrizzatore, inverter e commutatore statico.
- un gruppo elettrogeno da 160 kW (200 kVA) il cui funzionamento sarà limitato ai soli motivi d'emergenza. Se ne stima un funzionamento annuo non superiore a 180 ore.
fig 3.7- Centrale fv di Ginostra (fotoinserimento).
Altro esempio significativo è l’interessante progetto che riguarda l’isola di Ventotene (LT), che mira all’autosostentamento energetico dell’isola tramite energie rinnovabili. La cosa interessante dal nostro punto di vista è che il progetto implica applicazioni fotovoltaiche su tettoie e banchine portuali, quindi in condizione di massima vicinanza al mare.
Oltre ad altri casi in corso di progettazione in maggioranza sul litorale adriatico (ma anche in toscana, sull’ Isola del Giglio e a Massa Carrara) riportiamo anche un esempio in cui il know-how italiano (per mezzo del CESI) è stato esportato all’estero, ancora una volta per la realizzazione di un impianto isolato.
fig 3.8- Impianto fv da 22 KWp di Oeledo (Indonesia) – (collaborazione CESI).
Da quanto visto in questa sezione, emerge che in Italia le applicazioni fotovoltaiche marittime e portuali:
- sono concentrate soprattutto per impianti isolati, perché sono quasi sempre realizzati per realtà che mirano alla indipendenza energetica dalla rete
- la loro limitata diffusione è coerente con tutto il settore fotovoltaico
- presentano un potenziale sviluppo per la grande quantità di porti, e quindi possono rappresentare una scommessa per il futuro.
Per quanto riguarda la scena mondiale, è possibile trovare esempi che allargano questo concetto in diverse direzioni. La costa pacifica degli Stati Uniti vanta due grandi esempi di porti in cui l’energia prodotta dagli impianti fotovoltaici viene impiegata per alimentare le navi che vi attraccano. E’ il caso del porto di Pearl Harbour (Isole Haway) e di Coronado (California).
fig 3.9- Diverse viste dell’impianto fotovoltaico da 924 KWp di Coronado (California).
L’impianto di Coronado utilizza le tettoie di un parcheggio di 400 posti auto per ottenere una delle massime potenze fotovoltaiche della California, stato da sempre sensibile a tali applicazioni. Pur essendo collegato alla rete, l’impianto è stato concepito con l’idea di contenere i consumi del porto, quindi tenendo in considerazione i diagrammi di carico. Riprenderemo questo concetto successivamente quando parleremo dei risvolti del conto energia sul nostro impianto .
fig 3.10_ Impianto fv di Pearl Harbour - 309 KWp – pannelli Shell.
L’impianto di Pearl Harbour utilizza invece come base di sostegno i tetti dei capannoni, al tempo della seconda guerra mondiale hangar degli aerei militari.
In Europa, l’esempio più spettacolare di applicazione fotovoltaica in ambiente marittimo è la gigantesca pergola di Barcellona, formidabile esempio di integrazione architettonica che dimostra l’ottima eleganza estetica che può avere il fotovoltaico.
fig 3.12- Vista frontale della pergola fotovoltaica di Barcellona.
Per rispondere quindi alla domanda iniziale basterebbe analizzare i casi qui riportati. In generale i porti:
- consentono grandi spazi per potenziali installazioni che altrimenti non verrebbero sfruttati (ad esempio i tetti dei cantieri)
- per loro natura hanno spesso per lo meno un lato libero da ingombranti costruzioni ombreggianti che invece possono trovarsi in applicazioni cittadine - costituiscono punti di carico elettrico notevole che qualora venisse
autoprodotto comporterebbe un risparmio apprezzabile
- permettono un facile accesso per operazioni di installazione, manutenzione, disinstallazione
- come entità aziendali ed economiche, specialmente nel caso si tratti di porti turistici privati, possono permettersi eventuali investimenti iniziali che evitano le spese legati ai prestiti. Questa considerazione va comunque presa con la consapevolezza di dover analizzare caso per caso l’aspetto economico del problema, che non può essere generalizzato né trattato superficialmente.
- la inevitabile salinità dell’ambiente, che può influire sulla pulizia dei pannelli sul loro rendimento, sui contatti elettrici, sui quadri di parallelo, su inverter , contattori e interruttori
- l’esposizione in qualche caso agli agenti climatici avversi, in primo luogo il vento e l’umidità. Va anche però considerato che per quanto riguarda il problema neve ci si aspetta che a livello del mare sia trascurabile rispetto ad altre situazioni geografiche (il dimensionamento meccanico delle strutture di sostegno ne terrà conto)
- la delineazione degli accessi all’impianto nel garantire la massima sicurezza elettrica a persone e cose, data la alta frequentazione dell’ambiente da parte di persone anche non a conoscenza dell’impianto di produzione.
