Si ritiene che il fotovoltaico sia il futuro dell'energia, in quanto rinnovabile e disponibile ovunque. Ma qualcuno si è mai chiesto quanti pannelli fotovoltaici servirebbero per decarbonizzare completamente l'energia elettrica mondiale?

Un po' di numeri sull'elettricità mondiale

La richiesta mondiale di energia elettrica nel 2019 è stata di circa 24.000 TWh (fonte: World electricity consumption | Statista).

Il 26% del consumo complessivo di energia elettrica è stato prodotto tramite fonti rinnovabili. Rimangono quindi fuori 17760 TWh di energia elettrica, prodotti principalmente da centrali a carbone e gas naturale (60%), reattori nucleari, e altre fonti non rinnovabili. (fonte: Renewables – Global Energy Review 2020 – Analysis - IEA).

Prima di calcolare quanti pannelli fotovoltaici servono per produrre il fabbisogno rimanente di energia elettrica, è necessario comprendere quanta energia può produrre in un anno un impianto fotovoltaico.

Come si misura la dimensione di un impianto fotovoltaico?

Gli impianti fotovoltaici si caratterizzano per la potenza di picco installata, che coincide con la somma della potenza di picco di tutti i singoli pannelli fotovoltaici.

Per le abitazioni familiari comunemente si installano impianti di potenza di picco variabile tra i 3 e i 7 kilowatt di picco (kWp), mentre un complesso industriale di grandi dimensioni può raggiungere decine di megawatt di picco (1 MWp = 1000 kWp) di potenza fotovoltaica installata.

Un impianto dedicato alla produzione di energia elettrica può raggiungere anche 1 gigawatt e oltre di picco installata (1 GWp = 1000 MWp), come ad esempio il Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park, che vanta oltre 1,5 GWp di potenza installata ed è il più grande impianto solare-fotovoltaico localizzato al mondo. (fonte: Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park - Wikipedia).

Quanta elettricità produce in un anno un impianto fotovoltaico da 1 kWp?

I pannelli fotovoltaici convertono la radiazione solare in elettricità, con un certo rendimento (in genere 5-6% in condizioni d'uso reale per pannelli policristallini e monocristallini). (Fonti: Performance Investigation of Tempered Glass-Based Monocrystalline and Polycrystalline Solar Photovoltaic; A Power Case Study for Monocrystalline and Polycrystalline Solar Panels in Bursa City, Turkey)

Quindi, l'energia elettrica che effettivamente un impianto fotovoltaico può produrre in un anno dipende principalmente dalla radiazione solare che esso può captare.

La radiazione solare che giunge al suolo si esprime in W/m2 se si considera la potenza istantanea, o in Wh/mq se si considera l'energia che giunge a terra in un certo lasso di tempo.

La radiazione solare che un pannello può captare, istantaneamente e annualmente, dipende dal periodo dell'anno, dalle condizioni atmosferiche e dal collocamento geografico dell'impianto.

Un impianto fisso (senza sistemi di orientamento meccanizzati) da 1 kWp produrrà annualmente circa:

• 1800-2000 kWh nelle zone equatoriali (basse latitudini)
• 1100-1500 kWh alle medie latitudini
• < 900 kWh alle alte latitudini

Per la distinzione tra alte, medie e basse latitudini, guarda qui: La latitudine bassa, media e alta | Aiuto | SpaceWeatherLive.com

Quindi ci si può aspettare che un impianto di 1kWp installato nel mondo produca mediamente 1300 kWh di energia elettrica ogni anno.

Quanti pannelli fotovoltaici servirebbero per decarbonizzare l'energia elettrica mondiale?

È difficile dirlo con esattezza.

Per una prima stima, possiamo provare a fare alcune ipotesi:

1. Tutta l'energia prodotta viene accumulata e rilasciata quando vi è richiesta attraverso batterie o sistemi analoghi. I mesi invernali non sono un problema (ipotesi poco conservativa)
2. Un impianto fotovoltaico da 1kWp produce annualmente 1000 kWh (ipotesi molto conservativa)

Come detto prima, il fabbisogno a cui sopperire è di circa 17760 TWh all'anno. Serviranno quindi circa 18 TWp di potenza installata, ovvero 18 miliardi di kWp (18.000.000.000 kWp).

Usualmente, per 1 kWp sono necessari 10 m2 di pannelli. (fonte: DIY Calculation Guide for 1 kW Solar System - homescape)

Per installare 18 TWp di potenza saranno quindi necessari 180 miliardi di mq (180.000.000.000 mq) di superficie, ovvero 180 mila km2 (1kmq = 1.000.000 mq). Oltre metà della superficie dell'Italia!

Se provassimo a rapportare questo dato alla popolazione mondiale, al momento di 8 miliardi di persone (fonte: Popolazione mondiale - Wikipedia), allora per ognuno di noi servirebbero circa 23 mq di pannelli fotovoltaici.

Per concludere questa prima stima, date le precedenti ipotesi, per decarbonizzare l'elettricità mondiale servirebbero 70-90 miliardi di pannelli fotovoltaici, per un totale di 180 mila km2 di superfici fotovoltaiche.

Ipotizziamo qualche altro scenario

Ricordiamo che nei calcoli che abbiamo appena fatto è stato escluso il fabbisogno di elettricità che attualmente è già coperto da fonti rinnovabili.

Inoltre si è presupposto che tutta l'energia prodotta dai pannelli possa essere immagazzinata e utilizzata al bisogno.

Nella realtà, realizzare sistemi di accumulo in grado di disaccoppiare produzione e impiego di tutta questa energia non sarebbe conveniente, quanto piuttosto aumentare la potenza installata in grado di sopperire al fabbisogno energetico istantaneo anche in condizioni di scarsa luminosità.

Secondo alcune stime, per sopperire al fabbisogno elettrico senza sistemi di accumulo esorbitanti, è necessario installare potenza sufficiente a generare 4 volte l'energia necessaria. (Energy Report — RethinkX)

L'energia prodotta in eccesso verrebbe impiegata per altri scopi, quale ad esempio la sostituzione dei combustibili fossili in altri ambiti (trasporti, riscaldamento, ecc...).

Nella seguente tabella, sono riportati diversi scenari:

Scenario	Fabbisogno Annuale [TWh]	Sovra-dimensionamento	Potenza Installata	Superficie Richiesta
1	18.000	1x	18 TWp	180.000 km2
2	18.000	4x	72 TWp	720.000 km2
3	24.000	1x	24 TWp	240.000 km2
4	24.000	4x	96 TWp	960.000 km2

Qui invece sono riportati i fattori di conversione impiegati:

Fattore di Conversione	Valore	Note
Rendimento annuale pannelli	1000 [kWh annuo / kWp impianto]	Sottostimato
Superficie richiesta	10 mq / kWp impianto	Buona approssimazione

Quanto costerebbe tutto ciò?

Per l'installazione di un impianto fotovoltaico, sistemi di accumulo esclusi, il costo si aggira attualmente si aggira intorno ai 700€ / kWp.

Se si considerasse il primo scenario ipotizzato, per installare i 18 TWp richiesti sarebbero necessari 12 mila miliardi di euro (12.600.000.000.000 €).

E l'impatto ambientale?

Per non appesantire troppo il discorso, rimandiamo la digressione sull'impatto ambientale degli impianti fotovoltaici a un articolo futuro.