“Sapienza Università di Roma”

Facoltà di Ingegneria

Tesi di laurea in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio

VALUTAZIONE DELL’INCIDENZA E DELLA SOSTENIBILITA’ DELLA TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA NEI PAESI IN EMERGENZA.

Caso studio: I CAMPI PROFUGHI SAHARAWI

Laureando:

Carlo Tacconelli

Matricola 1048143

Relatore: Correlatore

Prof. Rodolfo Araneo Prof. Andrea Micangeli

Anno accademico 2006-2007

Indice

1) IL FOTOVOLTAICO……………………………………… 1

- l’effetto fotovoltaico……………………………………….. 1

- struttura e principio di funzionamento di una cella FV… 3

- tipologia delle celle ………………………………………... 4

- silicio monocristallino…………………………………… 5

- silicio policristallino…………………………………….. 5

- silicio amorfo……………………………………………. 6

- nuove tecnologie………………………………………… 7

- caratteristiche elettriche di una cella……………………. 11

- materiali e ricerca, vantaggi e svantaggi………………… 15

- componenti di un sistema fotovoltaico ………………….. 17

- tipi di sistemi……………………………………………... 18

- generatore………………………………………………... 19

- sistemi di accumulo………………………………………. 21

- regolatore di carica………………………………………. 23

- inverter…………………………………………………… 24

2) ANALISI DELLA SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE ED ECONOMICA……………………………………………….. 28

- un nuovo modello di generazione energetica……………. 28

- vantaggi della tecnologia FV:…………………………….. 29

- la modularità……………………………………………. 29

- la generazione decentrata………………………………. 30

- l’affidabilità e durata……………………………………. 30

- l’aumento dell’occupazione……………………………... 30

- la scelta e il controllo…………………………………… 30

- il recupero del territorio………………………………… 30

- la rispondenza ai carichi………………………………… 32

- l’elettrificazione nei Paesi in Via di Sviluppo…………... 32

- la qualità dell’energia…………………………………... 32

- i costi evitati …………………………………………….. 33

- impatto ambientale………………………………………… 34

- costi ambientali …………………………………………….. 36

- produzione e smaltimento pannelli FV………………….. 36

- impatto sistema di accumulo elettrochimico…………….. 37

- bilancio energetico………………………………….…… 37

- impatto economico…………………………………….…… 40

- costi di produzione dell’energia fotovoltaica…………. 40

- incidenza dei costi di un impianto Stand Alone…………. 41

3) STATO DELL’ARTE DEL FOTOVOLTAICO NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO…………………………………….... 44

- le tappe della solarizzazione rurale……………………... 45

- sistemi isolati (stand alone)……………………………… 45

- schema impianto…………………………………. 47

- manutenzione…………………………………...…... 48

- principali applicazioni………………………………..….. 48

- pompaggio dell’acqua……………………………… 48

- presidi medici………………………………………. 49

- produzione elettrica su piccola scala………………. 50

- potabilizzazione dell’acqua……………………...…. 51

4) I SAHARAWI……………………………………………… 52

- Il Sahara Occidentale……………………………………. 52

- la colonizzazione………………………………………. 53

- il movimento di liberazione nazionale (Fronte Polisario) 54

- la ripresa delle rivendicazioni di Marocco e Mauritania 56

- la nascita della RASD ………………………………… 57

- il piano di pace dell’ONU …………………………….. 58

- Situazione attuale: i campi profughi in Algeria………… 59

- Utilizzo del FV nel contesto Saharawi: il villaggio di Dakhla

- piccole utenze domestiche ……………………………... 64

- orti fotovoltaici………………………………………… 65

- presidi medici………………………………………….. 66

5) PROGETTAZIONE E DIMENSIONAMENTO DI UN ORTO FOTOVOLTAICO COMUNITARIO NEL VILLAGGIO DI DAKHLA…………………………………………………….. 67

- caratteristiche climatiche e irraggiamento solare………. 70

- analisi del sito……………………………………………... 76

- caratteristiche del sito………………………………….. 76

- stima del fabbisogno d’acqua…………………………... 78

- accumulo idraulico……………………………………... 79

- dimensionamento del sistema di pompaggio……………. 81

- note sulla producibilità di un impianto………………….. 83

- calcolo del fabbisogno energetico dell’utenza…………… 86

- analisi dei carichi………………………………………. 86

- dimensionamento impianto fotovoltaico……………........ 87

- generatore…………………………………………….… 87

- batterie………………………………………………….. 89

- regolatore di carica…………………………………...... 91

- considerazioni economiche: “AzzeroCO₂”……………… 93

- schema riassuntivo costi………………………………… 94

- valutazioni finali…………………………………………... 95

- Conclusioni e prospettive………………………………….. 97

- Ringraziamenti………………………………………….…. 98

- Bibliografia……………………………………………..….. 99

- Sitografia ………………………………………………….. 100

Introduzione

Allo stato attuale, la popolazione mondiale ottiene l’energia di cui necessita quasi esclusivamente (90% circa) dai combustibili fossili, che la forniscono attraverso il processo di combustione, con formazione di anidride carbonica e altri “gas serra”; si registra così una progressione del riscaldamento terrestre per effetto serra. Gli effetti nocivi dei processi di combustione costringono la società ad una maggior consapevolezza dei meccanismi causa-effetto legati alla produzione di energia e ad adottare opportune strategie che permettano di creare un modello di sviluppo compatibile con le risorse disponibili e con l’equilibrio ambientale del pianeta. Occorre infatti promuovere un sistema energetico accettabile sia sotto il profilo ambientale che sotto quello economico, sostenendo l’utilizzo delle fonti rinnovabili di energia e l’uso razionale delle risorse.

La fonte energetica indubbiamente più diffusa sul nostro pianeta è quella solare, disponibile gratuitamente ed in misura di molto superiore al fabbisogno energetico della popolazione mondiale. Da sempre l’energia solare è stata utilizzata per soddisfare le necessità umane; innanzitutto come fonte di luce e calore e quindi, attraverso i processi di fotosintesi, per l’accrescimento delle colture alimentari ma anche come motore primario dell’energia meccanica che movimenta le masse d’aria riscaldate che generano i venti.

Tra le diverse tecnologie messe a punto per lo sfruttamento dell’energia solare, quella fotovoltaica consente di trasformare direttamente la “luce” del sole in energia elettrica, ed è la più innovativa e promettente a medio e lungo termine. Questa sorgente di energia si rinnova ad ogni sorgere del sole sul nostro pianeta e non dipende da giacimenti localizzati. La conversione fotovoltaica potrà giocare un ruolo di effettiva rilevanza sullo scenario energetico mondiale, con un conseguente abbassamento dei costi, anche alla luce degli orientamenti normativi in campo internazionale che stimolano fortemente lo sfruttamento sostenibile delle fonti rinnovabili sul pianeta.

In questa tesi si è svolto un lavoro di ricerca e progettazione di sistemi fotovoltaici nelle tendopoli Saharawi; in questa regione situata al sud-ovest dell’Algeria, a pochi chilometri dal confine con il Sahara Occidentale, una delle zone più dure del deserto del Sahara, l’impiego del fotovoltaico (FV) è molte volte l’unica soluzione possibile. Infatti, la rete elettrica algerina non copre tutte le wilayas (villaggi).

Il popolo Saharawi presente nei campi vive ormai da più di trent’ anni dell’assistenzialismo della cooperazione internazionale. Per tale motivo il suo sviluppo economico è limitato al piccolo commercio in nero, e le risorse disponibili per l’alimentazione appaiono ridotte. A causa delle situazione politica la popolazione vive quotidianamente la difficoltà di una vita condotta in campi profughi, nella disoccupazione e nell’impossibilità di un concreto sviluppo economico.

In questo lavoro, a partire dai dati ricavati nella missione fatta nel mese di settembre 2007, verrà dimensionato un sistema FV per il pompaggio dell’acqua per l’irrigazione di orti a Dakhla, la wilaya più isolata dei Campi Profughi Saharawi.

Attualmente è in fase di svolgimento un progetto pilota al fine di valutare l’effettiva realizzabilità proponendosi come obiettivo generale l’aumento dell’autonomia a