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:: Energia Rinnovabile / Energia Solare
Energia solare
Per energia solare si intende l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal Sole (fonte rinnovabile) verso la Terra. La conversione della energia della radiazione solare in calore è uno dei modi più conosciuti e sfruttati per utilizzare l'energia solare. I parametri chiave per il progetto di un impianto solare sono la temperatura e la porzione di energia utilizzabile, determinate per la maggior parte dalla latitudine dell'impianto (da cui dipende la concentrazione della radiazione solare) e dalle caratteristiche della superficie assorbente. La radiazione solare può essere sfruttata direttamente o indirettamente. Nel primo caso l'energia può essere impiegata per il riscaldamento e il condizionamento degli ambienti e per il riscaldamento dell'acqua (in abitazioni, strutture sportive, ecc.), e l'impianto si definisce Solare Termico. Nel secondo caso il calore viene sfruttato in cicli termodinamici che consentono produzione di elettricità da immettere direttamente nella rete, e si parla di impianti Termodinamici.
Tecnologie
per l'utilizzo dell'energia solare
L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità (fotovoltaico) oppure per generare calore (solare termico). Tre sono le tecnologie principali per trasformare in energia sfruttabile l'energia del sole:
- l pannello solare termico sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche, contenuto nel suo interno, che cede calore, tramite uno scambiatore di calore, all'acqua contenuta in un serbatoio di accumulo.
- il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici a struttura lineare per concentrare i raggi solari su un tubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore o una serie di specchi piani che concentrano i raggi all'estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di sali che per il calore fondono. In entrambi i casi "l'apparato ricevente" si riscalda a temperature molto elevate (400°C ~ 600°C)
- il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori per produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce.
Solare termico
Il funzionamento del solare termico è relativamente semplice e si basa sulla capacità che hanno i corpi neri di assorbire calore:
- Riscaldamento dell'acqua: la superficie annerita di una lastra metallica (collettore solare) esposta al sole assorbe calore e lo cede all'acqua che viene fatta circolare all'interno di tubi a contatto con il collettore, che cede quindi il calore assorbito al fluido riscaldandolo. Quindi l'acqua viene inviata ad un serbatoio di stoccaggio ed è pronta per essere impiegata come acqua calda nell'ambiente domestico.
- Riscaldamento dell'aria: ha un funzionamento analogo al precedente. A contatto con il collettore solare ci sono tubi in cui viene inviato un flusso di aria proveniente dall'interno dell'abitazione. L'aria si riscalda a contatto con la superficie del collettore, e quindi in parte viene inviata direttamente nell'abitazione, in parte ad un serbatoio di stoccaggio per il riscaldamento notturno.
Solare termodinamico
Ci sono fondamentalmente tre tipi di impianti che producono energia elettrica attraverso cicli termodinamici lavorando a medie o alte temperature:
- Parabolic Dish (Specchi parabolici): la superficie riflettente è costituita
da un disco a sezione parabolica mobile, che insegue su due assi la radiazione
solare concentrandola nel punto focale, in cui è posto un collettore
termico. Il calore immagazzinato dal collettore alimenta direttamente
un motore (motore Stirling), grazie al quale si ottiene la trasformazione
in energia elettrica. Il rendimento di questo motore può raggiungere
anche il 40% e permette di usare direttamente la radiazione senza ulteriori
perdite di calore, però questi impianti sono molto costosi
e difficili da gestire.
- Parabolic Trough (Specchi semicilindrici
lineari a sezione parabolica):
sono costituiti da semi-cilindri a sezione parabolica, che inseguono
la radiazione ruotando solo attorno al loro asse e la concentrano
nel fuoco che si sviluppa linearmente. Il collettore è quindi
lineare, ed al suo interno viene fatto circolare il fluido che costituisce
lo scambiatore primario. Il fluido primario cede poi il calore ad un
fluido secondario (generalmente acqua) collegato al gruppo turbina-alternatore,
che trasforma l'energia termica in elettrica. Questi collettori
vengono disposti sul terreno in file parallele, pertanto richiedono
grandi spazi aperti, ed inoltre possono ruotare solo intorno al loro asse.
- Solar
Tower (o CRS – Central Receiver System): l'impianto è costituito
da numerosi specchi, detti eliostati, che concentrano la radiazione in
uno stesso punto. Il ricevitore si trova in cima ad una torre (da cui
il nome “torri solari”) ed al suo interno viene fatto scorrere
il fluido primario che assorbe il calore. Come nel caso precedente c'è uno
scambiatore secondario (generalmente acqua) collegato al gruppo turbina-alternatore
che trasforma l'energia termica in elettrica. Questi sono gli impianti
che lavorano alle più alte temperature. Le perdite energetiche
più importanti sono dovute a perdite ottiche e perdite collegate
al calore radiante.
Fotovoltaico
I pannelli solari fotovoltaici convertono la luce solare direttamente in energia elettrica. Questi pannelli sfruttano l'effetto fotoelettrico e hanno una efficienza di conversione che arriva fino al 32,5% nelle celle da laboratorio. In pratica, una volta ottenuti i moduli dalle celle e i pannelli dai moduli e una volta montati in sede, l'efficienza media è di circa il 12%.
Questi pannelli non avendo parti mobili o altro necessitano di pochissima manutenzione. In sostanza vanno puliti periodicamente. La durata operativa stimata dei pannelli fotovoltaici è di circa 30 anni. I difetti principali di questi impianti sono il costo dei pannelli e l'immagazzinamento dell'energia. Indicativamente, se si volesse produrre con sistemi fotovoltaici il 10% dell'energia elettrica consumata in Italia, bisognerebbe investire 240 miliardi di euro solo per l'acquisto e la messa in opera dei pannelli (la stessa energia verrebbe erogata da 4 reattori nucleari che richiedono, invece, un investimento di meno di 10 miliardi di euro per la sola costruzione, senza contare i costi dello smaltimento delle scorie nucleari). Il secondo problema di questo genere di impianto è che l'energia viene prodotta istantaneamente e non può essere immagazzinata in modo semplice.
Grazie a una legislazione che prevede incentivi economici all'installazione di impianti fotovoltaici e la possibilità di vendere l'energia prodotta in eccesso al gestore della rete di trasmissione, la Germania è al primo posto in Europa per la potenza elettrica prodotta da energia solare: tale quantità, però, soddisfa solamente meno dello 0,1% del fabbisogno nazionale tedesco ed è del tutto insufficiente a sostenere il trend crescente della domanda energetica (in Germania la prima fonte di produzione di energia elettrica è il carbone, con oltre il 50%, e al secondo posto c'è il nucleare con quasi il 30%).
2006 -