Benchmark tecnico-economico della produzione di idrogeno verde con sistemi FV fissi e con inseguimento: un'analisi integrata PVsyst–MATLAB

La luce solare trasformata in carburante pulito

Molti paesi con forte irraggiamento cercano modi per convertire quella luce in carburante pulito in grado di alimentare fabbriche, camion e persino intere città senza rilasciare inquinamento carbonico. Questo studio esamina il modo migliore di impiegare i pannelli solari per produrre idrogeno verde, un combustibile ottenuto dall'acqua usando elettricità rinnovabile. Confrontando due modalità comuni di installazione dei pannelli — una fissa e una che segue il sole — i ricercatori mostrano quale configurazione fornisce più idrogeno, a costi inferiori, per una regione soleggiata come Kandahar in Afghanistan.

Due modi per catturare il sole

Il fulcro del lavoro è un confronto affiancato di due sistemi solari che alimentano un dispositivo industriale chiamato elettrolizzatore, che scinde l'acqua in idrogeno e ossigeno. In un sistema i pannelli sono fissi con un'inclinazione prefissata. Nell'altro, i pannelli si muovono su una struttura a doppio asse in modo da orientarsi verso il sole durante la giornata. Entrambi i sistemi hanno la stessa potenza di picco, 10 kilowatt, e inviano l'energia elettrica direttamente a un'unità di produzione di idrogeno che funziona solo quando il sole è sufficientemente forte. Questo rende il confronto equo e realistico per progetti autonomi di idrogeno verde in zone remote non supportati dalla rete elettrica.

Gemello digitale di un impianto solare per idrogeno

Per comprendere le prestazioni nel dettaglio, gli autori costruiscono un gemello digitale dell'intera catena dalla luce solare all'idrogeno. Usano uno strumento specialistico per il progetto solare per calcolare quanta elettricità ciascuna configurazione produrrebbe a Kandahar, ora per ora su un intero anno, considerando i livelli di insolazione locali, le temperature e le perdite di sistema. Quei profili elettrici sono quindi inseriti in un secondo modello sviluppato in MATLAB, che trasforma la potenza in produzione di idrogeno e somma i costi nel corso della vita utile degli impianti. Questo approccio combinato consente di tracciare come le scelte progettuali sul lato solare ricadono sulla produzione di carburante, sull'efficienza complessiva e sui costi per unità di energia.

Più parti mobili, molta più energia

Le simulazioni mostrano che, in un clima soleggiato, l'inseguimento solare ripaga largamente. Mentre i pannelli fissi producono circa 11.253 kilowattora di elettricità all'anno, il sistema con inseguitore raggiunge approssimativamente 15.300 kilowattora, un aumento del 36% a parità di potenza nominale. I pannelli mobili catturano luce utile per più ore al giorno sia in inverno sia in estate, mantenendo l'elettrolizzatore in funzione più a lungo e in modo più costante. Di conseguenza, la produzione annua di idrogeno sale da circa 240 chilogrammi con i pannelli fissi a circa 320 chilogrammi con gli inseguitori, nonostante il sistema meccanico sia leggermente più complesso e presenti perdite interne marginalmente superiori.

Confronto di costi e impronte di carbonio

Una maggiore meccanica rende il sistema con inseguitore più costoso da costruire e mantenere, ma l'energia addizionale che fornisce compensa ampiamente nel tempo. Quando tutti gli investimenti, i costi di manutenzione e sostituzione sono distribuiti sull'intera produzione di vita utile, il costo dell'elettricità dai pannelli fissi risulta di circa 4,8 centesimi per kilowattora, mentre l'inseguimento lo riduce a circa 3,6 centesimi. Sul fronte del combustibile, il costo dell'idrogeno verde scende da circa 5,82 dollari per chilogrammo con pannelli fissi a circa 4,37 dollari per chilogrammo con gli inseguitori. Poiché il sistema con inseguitore genera più elettricità pulita, evita anche maggiori emissioni di carbonio ogni anno, prevenendo quasi 5 tonnellate metriche di anidride carbonica rispetto alle circa 3,6 tonnellate del layout fisso.

Cosa significa per le regioni soleggiate

Per chi si chiede come possiamo immagazzinare la luce del sole e trasferirla dove serve, questo studio offre un messaggio chiaro. In luoghi con risorse solari forti e stabili, l'uso di pannelli solari con inseguitore per produrre idrogeno dall'acqua può fornire più combustibile a costi a lungo termine inferiori, riducendo allo stesso tempo più inquinamento carbonico rispetto a sistemi a pannelli fissi della stessa dimensione. Sebbene gli inseguitori richiedano spese iniziali maggiori e un progetto più accurato, la loro capacità di seguire il sole sfrutta meglio ogni metro quadrato di terreno e ogni dollaro investito. Per i responsabili delle politiche e i pianificatori nelle regioni soleggiate in via di sviluppo, i risultati suggeriscono che campi solari mobili e ben progettati accoppiati a unità di produzione di idrogeno potrebbero diventare una spina dorsale pratica dei futuri sistemi energetici puliti.

Citazione: Irshad, A.S., Hilali, A., Ahmadullah, A.B. et al. Techno-economic benchmarking of green hydrogen production using fixed and tracking PV systems: a PVsyst–MATLAB integrated analysis. Sci Rep 16, 15620 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46077-w

Parole chiave: idrogeno verde, inseguimento solare, sistemi fotovoltaici, economia dell'energia, mitigazione CO2