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Per energia solare si intende
l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando
direttamente l'energia irraggiata dal Sole verso la
Terra.
Ogni istante il Sole trasmette sull'orbita terrestre
1367 watt per m². Tenendo conto del fatto che la Terra è
una sfera (e quindi i raggi arrivano spesso angolati)
che oltretutto ruota, l'irraggiamento solare sulla
superficie terrestre mediato sulle 24 ore e sulle 4
stagioni è, alle latitudini europee di circa 200
watt/m².
La quantità di energia solare che arriva sul suolo
terrestre è quindi enorme, circa diecimila volte
superiore a tutta l'energia usata dall'umanità nel suo
complesso, ma poco concentrata, nel senso che è
necessario raccogliere energia da aree molto vaste per
averne quantità significative, e piuttosto difficile da
convertire in energia facilmente sfruttabile
(principalmente in elettricità) con efficienze
accettabili. Per il suo sfruttamento occorrono prodotti
in genere di costo elevato che rendono l'energia solare
notevolmente costosa rispetto ad altri metodi di
generazione dell'energia. Lo sviluppo di tecnologie che
possano rendere economico l'uso dell'energia solare è un
settore della ricerca molto attivo
Tecnologie
Tre sono le tecnologie principali per trasformare in
energia sfruttabile l'energia del sole:
il pannello solare (o collettore termico) sfrutta i raggi
solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche
(acqua e antigelo/antiebollizione), 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 per produrre energia elettrica quando sollecitati
dalla luce.
Pannello solare
I collettori termici possono essere a circolazione naturale
o forzata; i primi utilizzano il moto convettivo del liquido
contenuto nei pannelli per consentirne 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 dei controlli e delle apparecchiature
impiegate (pompe, sensori di temperatura, valvole a tre vie,
centraline di controllo), ma consentono di posizionare il
serbatoio di accumulo, anche di grandi dimensioni,
praticamente dove si vuole, ad esempio a terra e non sul
tetto dove problemi di peso ne renderebbero difficile la
collocazione.
Pannello solare a concentrazione
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 (più economico) verso il
sole e l'utilizzo di un tubo ricevitore in cui è fatto
scorre un fluido termovettore per il successivo accumulo di
energia in appositi serbatoi. Il vettore classico è
costituito da olii minerali in grado di sopportare alte
temperature. Nel 2001 l'ENEA ha avviato lo sviluppo del
progetto Archimede, volto all'utilizzo di sali fusi anche
negli impianti a specchi parabolici a struttura lineare.
Essendo necessaria una temperatura molto più alta di quella
consentita dagli olii, si è provveduto a progettare e
realizzare tubi ricevitori in grado di sopportare
temperature maggiori di 600°C (contro quelle di 400°C
massimi dei tubi in commercio), ricoperti di un doppio
strato CERMET (ceramica/metallo) depositato con procedimento
di sputtering. I sali fusi vengono accumulati in un grande
serbatoio coibentato alla temperatura di 550°C. A tale
temperatura è possibile immagazzinare energia per 1KWh
equivalente con appena 5 litri di sali fusi. Da tale
serbatoio i sali (un comune fertilizzante per agricoltura
costituito da un 60% di nitrato di sodio (NaNO3) e un 40% di
nitrato di potassio (KNO3)) vengono estratti e utilizzati
per produrre vapore surriscaldato. I sali utilizzati vengono
accumulati in un secondo serbatoio a temperatura più bassa
(290°C). Ciò consente la generazione di vapore in modo
svincolato dalla captazione dell'energia solare (di notte o
con scarsa insolazione). L'impianto, lavorando ad una
temperatura di regime di 550°C, consente la produzione di
vapore alla stessa temperatura e pressione di quello
utilizzato nelle centrali elettriche a coproduzione (turbina
a gas e riutilizzo dei gas di scarico per produrre vapore),
consentendo consistenti riduzioni di costi e sinergie con le
stesse. Attualmente è stato realizzato un impianto con tali
caratteristiche in Spagna ed è stato siglato un accordo di
realizzazione di un impianto su scala industriale presso la
centrale termoelettrica ENEL ubicata a Priolo Gargallo
(Siracusa).
Pannello fotovoltaico
I pannelli fotovoltaici convertono la luce solare
direttamente in energia elettrica. Questi pannelli sfruttano
l'effetto fotoelettrico e hanno un 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 15%. 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.
tanto per dare un'idea: se si volesse produrre coi pannelli
FV 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). 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 pannelli solari 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%). Analoghe iniziative, comunemente
note come Conto Energia o Feed-in tariff, sono state
intraprese da diversi stati europei, tra cui l'ultima in
ordine cronologico è l'Italia, mediante il Decreto
Interministeriale 28/07/2005 pubblicato sulla Gazzetta
Ufficiale n. 181 del 05/08/2005, spesso chiamato Decreto
Scajola, a seguito del ministro preposto al Ministero delle
Attività Produttive al momento della sua emanazione. Va
aggiunto che i limiti in termini di kwatt imposti al decreto
lo hanno in pratica reso inutilizzabile dalla maggioranza
delle persone ed enti che presentarono la domanda a tempo
debito,impedendo in pratica,per ora, l'avvio di un processo
produttivo legato alla diffusione e l'uso dei pannelli
fotovoltaici in Italia.
Maurizio Potenza
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