Fattorie Solari Galleggianti: Futuro dell'Energia Pulita sull'Acqua

Con l’aumento della domanda di energie rinnovabili, cresce anche l’esigenza di soluzioni sostenibili e che ottimizzino l’uso dello spazio. Tra le risposte più innovative spiccano gli impianti solari galleggianti: sistemi che installano pannelli fotovoltaici su specchi d’acqua invece che su terreni agricoli o urbani. Noti anche come sistemi fotovoltaici galleggianti (FPV), rappresentano un’alternativa ecologica ed efficiente, con vantaggi ambientali, economici e operativi significativi.

Comprendere gli impianti solari galleggianti

Definizione e concetto

Un impianto solare galleggiante è una centrale fotovoltaica installata su una superficie d’acqua, come laghi artificiali, bacini idrici o dighe. I pannelli vengono montati su strutture galleggianti collegate a sistemi di ancoraggio e alla rete elettrica, in modo simile ai sistemi a terra. La differenza chiave è che l’acqua sottostante aiuta a raffreddare i pannelli, aumentando la resa elettrica.

Questa soluzione è particolarmente adatta in aree costiere, agricole o urbane dove il suolo è scarso o già utilizzato. In poche parole, si tratta di produrre energia pulita senza occupare terreno.

Origini ed evoluzione

Il concetto è nato in Giappone nel 2007, spinto dalla carenza di spazio e dalla crescente domanda energetica. Successivamente, progetti pionieristici in Cina e Corea del Sud hanno dimostrato la fattibilità e la scalabilità della tecnologia.

Oggi, grazie ai progressi nel fotovoltaico e nei sistemi di ancoraggio, il fotovoltaico galleggiante si sta diffondendo in tutto il mondo: dai progetti pilota europei ai mega impianti asiatici, stiamo assistendo all’inizio di una nuova era per l’energia solare.

I vantaggi del fotovoltaico galleggiante

Maggiore efficienza

I sistemi FPV beneficiano del raffrescamento naturale offerto dall’acqua. Secondo uno studio pubblicato su ScienceDirect, i pannelli galleggianti mostrano un incremento di efficienza dal 0,1% al 4,45% rispetto a quelli installati su terraferma. Le temperature dei moduli risultano più basse del 2% all’11%, riducendo il degrado termico e migliorando la produzione.

In alcuni casi, ottimizzando inclinazione e distanza dall’acqua, si è registrato un aumento di produzione fino al 43,5%.

Doppio utilizzo del territorio

Uno dei principali vantaggi è la valorizzazione delle risorse idriche esistenti: invasi per l’irrigazione, bacini per l’acqua potabile o dighe idroelettriche possono diventare superfici attive per la produzione solare. In questo modo, si ottiene energia senza rinunciare a cibo o acqua.

Riduzione dell’evaporazione

Coprire la superficie dei bacini con pannelli solari riduce l’evaporazione fino al 28% (Nisar et al.). Un vantaggio particolarmente importante in regioni siccitose, dove ogni goccia d’acqua è preziosa per l’agricoltura o il consumo umano.

Protezione da inondazioni

Oltre a rallentare l’evaporazione, la copertura dei bacini aiuta a regolare i livelli dell’acqua nei periodi di pioggia intensa, diventando parte di una più ampia strategia di adattamento climatico nelle aree urbane e rurali.

Meno alghe e vegetazione indesiderata

L’ombreggiatura della superficie limita la penetrazione della luce e quindi la proliferazione di alghe e piante infestanti. Questo preserva la qualità dell’acqua e protegge gli ecosistemi acquatici.

Sfide e aspetti da considerare

Costi iniziali più elevati

Il principale ostacolo è rappresentato dall’investimento iniziale. Gli impianti FPV richiedono strutture galleggianti, ancoraggi specializzati e componenti impermeabili. In particolare nei grandi bacini artificiali, la variabilità del livello dell’acqua può aumentare la complessità e i costi.

Tuttavia, i ritorni nel lungo periodo e la maggiore efficienza possono bilanciare queste spese, specialmente in paesi con incentivi o politiche verdi.

Integrazione alla rete complessa

Collegare un impianto galleggiante alla rete elettrica può richiedere cavi sottomarini, trasformatori specifici e autorizzazioni complesse, in particolare se si prevede l’integrazione con impianti idroelettrici o reti urbane. Questo può allungare i tempi e aumentare i costi di realizzazione.

Manutenzione e durabilità

L’ambiente acquatico è più aggressivo di quello terrestre. Le installazioni devono resistere a vento, onde, salsedine, escursioni termiche e organismi biologici come molluschi e alghe. La manutenzione richiede attrezzature specifiche (come barche), aumentando i costi operativi.

Valutazioni ambientali

Sebbene ecologicamente promettenti, gli impianti galleggianti devono essere valutati attentamente. Un’eccessiva copertura può limitare la fotosintesi acquatica, alterando gli equilibri biologici. Per questo, le autorizzazioni ambientali sono spesso obbligatorie e richiedono studi approfonditi.

Esempi e progetti reali

Impianto solare galleggiante di Dezhou Dingzhuang, Cina

Uno dei più grandi al mondo, con oltre 320 MW di potenza distribuiti su oltre 130 ettari di bacino artificiale. Questo impianto nella provincia di Shandong è integrato a un sistema idroelettrico esistente, condivisione di infrastrutture e rete inclusa. È un modello di come l’uso combinato di acqua ed energia solare possa massimizzare l’efficienza.

Queen Elizabeth II Reservoir, Regno Unito

Vicino a Londra, questo progetto sfrutta il bacino d’acqua potabile Queen Elizabeth II con oltre 23.000 pannelli fotovoltaici, fornendo elettricità agli impianti di Thames Water. Capacità installata: 6,3 MW. Emissioni evitate: circa 2.000 tonnellate di CO₂ l’anno. Un esempio perfetto di integrazione urbana riuscita.

Altri progetti globali

• Giappone: impianti resistenti ai tifoni, come quello sulla diga di Yamakura (13,7 MW).
  
• India: il progetto galleggiante di Ramagundam da 100 MW, costruito sopra il bacino di una centrale a carbone, ottimizza l’uso dello spazio.
  
• Stati Uniti: Duke Energy Florida sta testando FPV per soddisfare la crescente domanda di energia pulita riducendo al minimo il consumo di suolo.
  

Questi casi mostrano la versatilità geografica e funzionale del fotovoltaico galleggiante: dalla riqualificazione di ex miniere al supporto delle infrastrutture urbane, il potenziale è enorme.

Innovazioni tecnologiche negli impianti solari galleggianti

Le tecnologie più all’avanguardia stanno alimentando la crescita dei sistemi fotovoltaici galleggianti (FPV). Dai pannelli più intelligenti ai sistemi di ancoraggio più sicuri, l’innovazione consente maggiore affidabilità, scalabilità e resa in ambienti acquatici molto diversi.

Questi progressi non sono solo tecnici: ridefiniscono le possibilità dell’energia solare sull’acqua.

Evoluzione del fotovoltaico per ambienti acquatici

I pannelli utilizzati negli impianti solari galleggianti sono progettati per resistere a condizioni ambientali difficili: alte umidità, salinità e sbalzi termici. Tra le soluzioni più avanzate troviamo:

• Rivestimenti idrofobici per respingere l’acqua e prevenire la formazione di biofilm
  
• Moduli bifacciali, che assorbono luce su entrambi i lati, aumentando la produzione
  
• Strutture progettate per agevolare la dispersione del calore, mantenendo basse le temperature
  

Le ricerche mostrano che gli FPV abbassano la temperatura dei moduli dal 2% all’11%, migliorando efficienza elettrica e durata dell’impianto.

Sistemi di ancoraggio e ormeggio

Le piattaforme galleggianti devono mantenere la stabilità in presenza di vento, onde o variazioni di livello dell’acqua. Nuove soluzioni ingegneristiche includono:

• Cavi di ormeggio flessibili, che si adattano ai cambiamenti stagionali
  
• Sistemi con zavorra per migliorare galleggiabilità e sicurezza
  
• Utilizzo di mappature geospaziali per modellare flussi e pressioni
  

Queste tecnologie permettono l’installazione non solo su laghi e bacini, ma anche su canali e ambienti marini costieri.

Integrazione con accumulo energetico

Un trend tecnologico in rapida crescita è l’integrazione tra FPV e sistemi di accumulo con batterie (BESS). Questi sistemi ibridi consentono di:

• Ridurre le fluttuazioni nella produzione di energia
  
• Migliorare la stabilità della rete elettrica, specialmente durante i picchi di domanda
  
• Fornire energia 24 ore su 24, anche in assenza di sole
  

Alcuni progetti pilota sperimentano anche la produzione di idrogeno verde con l’energia solare in eccesso, aprendo la strada a parchi energetici multimodali sull’acqua.

Impatti economici e ambientali degli impianti solari galleggianti

Quando progettati correttamente, gli FPV possono essere vantaggiosi sia per l’ambiente che per il portafoglio.

Efficienza energetica e costi

Nonostante i costi iniziali superiori rispetto agli impianti a terra, studi recenti dimostrano:

• Una produzione superiore del 2,33% – 4,45% rispetto ai sistemi su suolo
  
• Migliore raffreddamento grazie all’acqua → maggiore rendimento
  
• Nessun costo di acquisizione del terreno e ridotte opere civili
  

Con un’inclinazione di 0° vicino alla superficie dell’acqua, si può arrivare fino al 43,5% di resa in più rispetto al fotovoltaico tradizionale.

Riduzione dell’impronta di carbonio

Gli impianti solari galleggianti aiutano concretamente nella lotta al cambiamento climatico. Producendo elettricità pulita su bacini sottoutilizzati:

• Riducono la dipendenza da carbone e fonti fossili
  
• Tagliano le emissioni di gas serra in modo significativo
  
• Possono lavorare in sinergia con le centrali idroelettriche, creando sistemi ibridi a basse emissioni
  

Secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), la diffusione su larga scala degli FPV può evitare milioni di tonnellate di CO₂ ogni anno.

Incentivi economici e politiche favorevoli

Il supporto di governi e istituzioni è essenziale per la diffusione degli FPV, attraverso:

• Tariffe incentivanti e crediti per energia rinnovabile
  
• Finanziamenti e sussidi per progetti pilota
  
• Iter autorizzativi semplificati su bacini artificiali
  

Paesi come Giappone, India e Paesi Bassi sono all’avanguardia, con politiche mirate per agevolare la realizzazione di impianti solari galleggianti nelle aree urbane densamente popolate.

Prospettive future del fotovoltaico galleggiante

Con l’aumento dell’urbanizzazione e la scarsità di suolo disponibile, gli impianti solari galleggianti stanno diventando una risorsa strategica per l’energia rinnovabile.

Complemento ai sistemi tradizionali

Lontani dal voler sostituire gli impianti fotovoltaici su terra, i sistemi FPV li completeranno in modo sinergico. Si diffonderanno modelli ibridi che combinano:

• Fotovoltaico galleggiante
  
• Dighe idroelettriche
  
• Accumulo a batteria o reti offshore
  
  

Questa integrazione permette di ottimizzare la produzione e migliorare la resilienza energetica, specialmente dove il suolo è limitato o la rete è satura.

Un ruolo chiave nella transizione energetica

Nel panorama delle rinnovabili, il fotovoltaico galleggiante sta assumendo un’importanza crescente. La sua vicinanza ai centri urbani riduce le perdite di trasmissione e rafforza la stabilità della rete.

Secondo le previsioni, entro il 2030 potrebbe arrivare a rappresentare fino al 10% della capacità solare mondiale, grazie a forti investimenti in Asia, Europa e Stati Uniti.

Espansione globale

Con il 70% della superficie terrestre coperta da acqua, il potenziale di crescita degli FPV è quasi illimitato. Le innovazioni nei materiali galleggianti e nei sistemi di ancoraggio stanno rendendo possibile anche:

• Impianti solari offshore su piattaforme oceaniche
  
• Soluzioni ideali per paesi costieri densamente popolati
  

Un’opportunità concreta per espandere le rinnovabili senza occupare ulteriore suolo.