Energia solare

L'energia solare arriva sulla Terra sotto forma di luce e calore e costituisce una fonte di energia fondamentale: il Sole fornisce alla Terra praticamente tutta l’energia di cui questa ha bisogno, nonostante la Terra riceva solo una minima parte dell’energia effettivamente liberata. Basti pensare che l’illuminazione solare di un’ora equivale al consumo di energia annuale del mondo intero!

L’energia solare presenta tre caratteristiche positive e tre caratteristiche che, al contrario, non ne permettono un utilizzo immediato.

Gli aspetti positivi riguardano tre caratteristiche fondamentali dell'energia solare. Essa è infatti:

• inesauribile;

• non inquinante;

• gratuita.

Quelli che invece possiamo definire come limiti dell’energia solare sono:

• il sole non fornisce un’energia concentrata ma un’energia diffusa;

• l’energia solare è discontinua (si pensi all’alternanza del giorno e della notte);

• il Sole non scalda fino alla temperatura di ebollizione.

L’uomo ha sempre sfruttato, direttamente o indirettamente, l’energia solare. Da essa infatti dipendono:

• la fotosintesi clorofilliana (che è alla base della vita vegetale e, quindi, dell'alimentazione umana);

• il movimento dei venti (e il conseguente moto ondoso);

• l’evaporazione dell’acqua (e quindi il ciclo delle acque);

• la temperatura della superficie terrestre (che rende la Terra vivibile per l’uomo);

• l’illuminazione, sia diurna (illuminazione diretta del sole) sia notturna (illuminazione riflessa dalla luna).

E' il più noto degli impianti che sfruttano direttamente l’energia proveniente dal Sole. Esso è costituito da una superficie metallica capace di assorbire i raggi solari, sopra la quale viene posta una lastra trasparente che permette alla radiazione di entrare, ma non permette al calore di uscire (effetto serra). Tutta l’energia termica assorbita viene quindi trasmessa ad un liquido circolante, che a sua volta viene pompato verso un dispositivo chiamato scambiatore di calore, dove scambia il suo calore riscaldando l’acqua dell’impianto domestico destinato agli usi igienici o al riscaldamento.

I pannelli solari sono esposti al Sole, sui tetti, sulle terrazze, nei giardini, orientati verso Sud e inclinati in modo tale da captare i raggi quanto più possibile in modo perpendicolare.

I pannelli fotovoltaici permettono di produrre energia elettrica direttamente dalla luce solare.

Essi sfruttano l’effetto fotoelettrico, per il quale una piastra metallica, esposta alla luce, emette elettroni generando una corrente elettrica.

Il pannello è formato da moduli componibili (ognuno dei quali produce una precisa quantità di energia elettrica) a loro volta composti da elementi base detti celle che contengono speciali materiali, detti semiconduttori, come il silicio, che esaltano l'effetto fotoelettrico.

3. Produzione di calore ad alta temperatura

Una centrale solare è costituita essenzialmente da specchi o altri strumenti che fungono da superficie captante, cioè che cattura l'energia solare. Questi concentrano i raggi catturati in un punto chiamato ricevitore che viene fortemente riscaldato trasformando l’energia catturata in Energia Termica. Questa consente di far evaporare dell’acqua che diventa vapore surriscaldato ad alta temperatura, in grado di far ruotare una turbina a vapore; l’energia termica viene così trasformata in Energia Meccanica e infine, attraverso un alternatore collegato alla turbina, questa diventa Energia Elettrica.

Questi sistemi vengono chiamati a concentrazione solare e sono distinti in:

• Impianti parabolici lineari;

• Impianti a torre;

È la tecnologia al momento più efficace per la produzione di energia elettrica sfruttando il calore del Sole.

Le centrali che sfruttano tali sistemi sono dotate di numerosi collettori parabolici collegati in serie e disposti in file parallele. Ogni collettore è costituito da un riflettore di forma parabolica formato da specchi che concentrano i raggi solari su un tubo assorbitore (detto ricevitore), al cui interno circola un fluido che assorbe il calore. Questo calore viene quindi scambiato, nello scambiatore di calore, con acqua che viene trasformata in vapore in pressione e inviata ad una turbina collegata ad un generatore elettrico.

Poiché, come detto, l’energia solare è discontinua, tali centrali sono dotate anche di caldaie tradizionali a combustione che entrano in funzione quando gli effetti del Sole non sono sufficienti a generare il vapore necessario al funzionamento della turbina. Nonostante l’alto rendimento e i costi contenuti, quindi, questi sistemi non hanno avuto una larghissima diffusione poiché non risolvono completamente il problema di un’energia totalmente pulita.

Negli impianti a torre il campo solare è costituito da una piattaforma ricoperta da centinaia di specchi piani, chiamati eliostati, che seguono il moto apparente del Sole per circa otto ore al giorno. Tutti gli specchi riflettono la luce su una grande caldaia posta in cima ad una torre, dove si formano le altissime temperature che riscaldano il fluido vettore che viene inviato allo scambiatore di calore per produrre il vapore utilizzato per mettere in funzione la turbina e il generatore elettrico.

Grazie alle elevate temperature che si possono ottenere, è possibile sfruttare un accumulo termico per ovviare alle variazioni giornaliere dell’intensità solare, senza dover ricorrere quindi all’integrazione con combustibili fossili (il più grosso limite del sistema a collettori parabolici).

PRO E CONTRO DELL'ENERGIA SOLARE

VANTAGGI

E' Fonte rinnovabile, pulita (non inquina), gratuita (disponibile in natura). E' possibile utilizzarla in qualsiasi parte del Pianeta.

SVANTAGGI

• E' una forma di energia diluita (non concentrata, come le fonti di energia esauribili), quindi per avere una grande quantità di energia solare, occorre sfruttare grandi superfici da ricoprire con pannelli solari o fotovoltaici (ciò determina un forte IMPATTO AMBIENTALE).

• E' una forma di energia variabile (è possibile usarla di giorno, ma non di notte).

• Gli impianti sono molto costosi.