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Energia Solare
L’energia derivante dall’irraggiamento del sole al suolo costituisce un serbatoio immenso di energia pulita, rinnovabile a costo zero come materia prima, ma non tutta la superficie terrestre risulta omogeneamente irraggiata, per cui questa fonte può essere sfruttata solo entro una fascia ristretta, corrispondente alle regioni comprese tra il 45° di latitudine nord e sud.
La disomogeneità dipende dalla nuvolosità, dall’incidenza dei raggi solari, dalla massa atmosferica che sovrasta la superficie terrestre.
Il problema principale incontrato nel suo sfruttamento è dovuto alla sua diluizione, per cui sono necessari spazi relativamente grandi allo scopo di raccogliere questa energia, ed eventualmente concentrarla.
Un altro inconveniente è dato dall’irregolarità dell’irraggiamento dovuto all’alternarsi del giorno e della notte e da quello delle stagioni.
Ogni momento il Sole trasmette sull’orbita terrestre 1367 WATT per m².
Tenendo conto del fatto che la Terra è una sfera che oltretutto ruota, l’irraggiamento solare medio è, alle latitudine europee di circa 200 watt/m².
Moltiplicando questa potenza media per metro quadro per la superficie dell’emisfero terrestre istante per istante esposto al sole si ottiene una potenza maggiore di 50 milioni di Gw (un Gw è l’energia prodotta a pieno regime da una grande centrale elettrica a gasolio o nucleare che sia).
Come fonte di energia diretta il calore del sole non è certo una scoperta recente, ma solo nell’ultimo ventennio, in seguito alla crisi energetica del 1973, si è incominciato a guardare con attenzione al sole come fonte alternativa per la produzione di energia elettrica.
La tecnologia più utilizzata è quella della conversione fotovoltaica.
Centrali elettriche che si alimentano grazie all’energia solare sono già in funzione in diverse parti del mondo, ma la quantità di energia che esse erogano continua a rappresentare una quota irrisoria, rispetto alla produzione mondiale complessiva di energia elettrica.
Tecnologie
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:
• Il pannello solare 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.
I collettori termici possono essere a circolazione naturale o forzata; i primi utilizzano il moto convettivo del liquido contenuto nei pannelli per consentire la circolazione all’interno del sistema pannello-scambiatore di calore.
In questo caso il serbatoio di accumulo che contiene lo scambiatore di calore deve trovarsi più in alto del pannello.
I sistemi a circolazione forzata invece, utilizzano una pompa che fa circolare il fluido all’interno di scambiatore e pannello quando la temperatura del fluido all’interno del pannello è più alta di quella all’interno del serbatoio di accumulo, che, in questo caso, si trova più in basso dei pannelli.
Sistemi di questo tipo sono più complessi dal punto di vista delle apparecchiature impiegate e dei controlli, ma consentono di posizionare il serbatoio di accumulo, anche di grandi dimensioni, dove si vuole.
• Il pannello solare a concentrazione concentra i raggi solari su un opportuno ricevitore; attualmente il tipo più usato è quello a specchi parabolici a struttura lineare che consente un orientamento monodimensionale verso il sole e l’utilizzo di un tubo ricevitore in cui è fatto scorrere un FLUIDO TERMOVETTORE per il successivo accumulo di energia in appositi serbatoi.
Il vettore classico è costituito da oli minerali in grado di sopportare alte temperature.
• Il pannello FOTOVOLTAICO converte 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.
Questi pannelli non avendo parti mobili o altro necessitano di pochissima manutenzione.
La durata operativa stimata dei pannelli fotovoltaici è di circa 30 anni.
I difetti principali sono il costo dei pannelli e l’immagazzinamento dell’energia.
Se si volesse produrre con sistemi fotovoltaici i 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.
Inoltre l’energia viene prodotta istantaneamente e non può essere immagazzinata in maniera 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.
Il calore del sole può essere sfruttato anche nel solare termico per la produzione di acqua calda:
• a bassa temperatura, nei mini impianti familiari;
• ad alta temperatura, per produrre vapore che mette in funzione una turbina per la produzione di energia elettrica nelle centrali termiche; in queste centrali i raggi vengono riflessi da numerosi specchi parabolici, fissi o mobili, su una caldaia contenente acqua, che viene così portata allo stato di vapore.
Nei paesi industrializzati l’energia solare termica viene sfruttata in tre campi principali:
1. collettori piani e sottovuoto per la produzione di acqua calda per usi sanitari, riscaldamento e preriscaldamento acqua di processo;
2. collettori piani ad aria ;
3. concentratori per la generazione elettrica e calore di processo.