Il problema dell’energia prodotta con impianti fotovoltaici: la duck curve

Qual è il principale problema della produzione di energia mediante impianti fotovoltaici? ovviamente quello della discontinuità. In tal senso è interessante l’analizzare quello che sta succedendo negli Stati Uniti, in California, uno degli Stati più virtuosi sul tema delle energie rinnovabili.

Energia rinnovabile e l'esperienza solare della California

La California è una pioniera nel campo dell'energia solare, con una presenza massiccia di pannelli solari che coprono le case e i paesaggi aridi del suo vasto territorio. Con quasi 47 gigawatt di potenza solare installata, la regione può alimentare milioni di case e coprire più di un quarto del fabbisogno elettrico dello stato. Tuttavia, questa abbondanza solare presenta delle sfide uniche, soprattutto quando l'offerta supera la domanda.

L'Impatto della Saturazione Solare

Secondo Shannon Osaka del Washington Post, in California, "there is so much solar on the grid that, on sunny spring days when there’s not as much demand, electricity prices go negative.»
Questo fenomeno si verifica perché la rete non riesce a consumare tutta l'energia prodotta, costringendo gli operatori a "curtail" o scartare gigawatt di energia solare. In risposta, lo stato ha ridotto gli incentivi per i pannelli solari sui tetti e rallentato il ritmo delle installazioni, evidenziando come i rendimenti economici decrescenti possano influenzare lo sviluppo del solare in una regione che ha puntato molto sulle rinnovabili.

Energia rinnovabile e l'esperienza solare della California

Il problema principale identificato è noto come "duck curve," un termine coniato dall'operatore della rete elettrica della California (CAISO) per descrivere come il carico netto di energia si modelli a forma di U durante il giorno, con picchi al mattino e alla sera e un calo quasi a zero nelle ore centrali. Questo ha portato a un canyon profondo nella curva del consumo, con l'energia solare che rimane inutilizzata.
Solo nel 2022, "the state wasted 2.4 million megawatt-hours of electricity, 95 percent of which was solar," rappresentando circa l'1% della produzione energetica totale dello stato in un anno, o il 5% della sua generazione solare.

Panoramica sull'Energia negli Stati Uniti: Produzione Totale e Contributo delle Rinnovabili
Nel 2022, la produzione totale di energia elettrica negli Stati Uniti è stata di circa 4.243 terawattora (TWh) da generatori su larga scala. In aggiunta, circa 0.06 TWh sono stati generati da sistemi fotovoltaici su piccola scala (EIA_energy.us). Di questa produzione totale, il 22% proviene da fonti rinnovabili, con una distinzione tra le rinnovabili non idroelettriche (15.3%) e l'idroelettrico (6.2%).
Per quanto riguarda specificamente l'energia solare fotovoltaica, è inclusa nella quota del 15.3% delle rinnovabili non idroelettriche. Questi dati sottolineano l'importanza crescente delle fonti rinnovabili nella produzione di energia elettrica degli Stati Uniti, riflettendo un trend in aumento per l'adozione di tecnologie sostenibili.

Risposte Politiche e Economiche

La risposta dello stato alla saturazione solare include il cambiamento nel sistema di "net-metering.»
In precedenza, i proprietari di pannelli solari sui tetti venivano remunerati quando esportavano energia alla rete, ma ora la compensazione è basata sul valore reale dell'energia per la rete, che può essere vicino a zero durante i periodi di massima produzione solare.

L'aggiornamento degli incentivi per il fotovoltaico in California, conosciuto come NEM 3.0, ha introdotto significative modifiche che influenzano sia i nuovi che gli attuali proprietari di impianti solari. Entrato in vigore nell'aprile del 2023, NEM 3.0 ha ridotto il tasso medio di compensazione per l'energia esportata dalla tariffa precedente di $0.30 per kilowattora a $0.08, segnando una diminuzione del 75% (Solar.com).
Questo ha scatenato una forte opposizione in California, con aziende solari e proprietari che affermano di essere danneggiati economicamente da queste politiche.

Va detto che nonostante le sfide, ci sono ancora incentivi notevoli disponibili. Ad esempio, il programma SGIP offre un rimborso per l'installazione di sistemi di accumulo da $150 a $1,000 per kilowattora, con un possibile rimborso tra $2,000 e $10,000 per un sistema di 10 kWh (SolarReviews). Inoltre, sono state introdotte tariffe residenziali che promuovono l'uso dell'elettricità quando è più vantaggioso per la affidabilità della rete, incentivando l'adozione di tecnologie come lo stoccaggio delle batterie, i veicoli elettrici e le pompe di calore per l'acqua (California Public Utilities Commission).

Il CPUC ha anche migliorato l'accesso ai benefici del solare e dello stoccaggio per i clienti a basso reddito, i residenti in comunità svantaggiate e le comunità indigene della California, offrendo crediti extra sulla bolletta dell'elettricità per chi adotta il solare o lo abbina a sistemi di accumulo entro i prossimi cinque anni (California Public Utilities Commission). Questi crediti sono garantiti per nove anni, rappresentando un incentivo significativo per l'adozione di queste tecnologie.
Queste politiche mirano a sostenere l'affidabilità e la decarbonizzazione della rete elettrica della California, promuovendo al contempo l'equità e facilitando la transizione verso un futuro energetico più sostenibile.

Panoramica sull'Energia in Italia: Produzione Totale e Contributo delle Rinnovabili
Nel 2023, l'Italia ha prodotto 257 terawattora (TWh) di energia elettrica netta. Di questi, il 37% proveniva da fonti rinnovabili, inclusi l'idroelettrico, il solare e l'eolico. In particolare, la produzione di energia solare ha raggiunto i 30.6 TWh, mentre quella eolica si è attestata a 23.4 TWh nel corso dell'anno (IEA) (World Energy).
Questi dati evidenziano una crescita significativa delle energie rinnovabili in Italia, sostenuta da una crescente installazione di capacità verde, come risulta dal record di nuova capacità installata nel 2023, che ha visto un incremento di 5.8 gigawatt rispetto all'anno precedente (euronews).

Prospettive Future

Nonostante le sfide, l'energia solare ha ancora un futuro promettente in California. Durante l'estate, l'uso intensivo dei condizionatori crea una domanda che può essere coperta dall'energia solare anche nel mezzo del giorno. Inoltre, "as solar continues to drop in price, installing solar that is curtailed regularly can still be cost-effective," secondo Paul Denholm del National Renewable Energy Laboratory.

La California sta anche esplorando soluzioni come la vendita di energia in eccesso agli stati vicini e l'installazione di ulteriori sistemi di stoccaggio per trattenere l'energia solare fino al tardo pomeriggio. Queste misure potrebbero aiutare a bilanciare la rete e a sfruttare meglio l'energia solare disponibile, evitando al contempo di dover scartare l'energia rinnovabile gratuita.