Energia e impianti solari

Energia solare

La principale fonte di energia sulla Terra è il Sole.

L'energia solare è l'energia associata ai raggi solari e rappresenta la fonte primaria di energia sulla Terra.
Infatti, da questa energia derivano, più o meno direttamente, quasi tutte le altre fonti energetiche disponibili all'uomo (eccetto l'energia nucleare, l'energia geotermica e l'energia delle maree).

Tuttavia, può essere utilizzata direttamente per produrre calore o energia elettrica con varie tipologie di impianto.

Pro e contro

Pro

È una fonte rinnovabile, inesauribile, gratuita e distribuita su tutto il globo (seppur non equamente);
Non inquina;
È anche adatta per usi di tipo domestico (es. fotovoltaico o pannelli solari sui tetti delle case).

Contro

È una fonte discontinua: sparisce di notte è quando il cielo è coperto;
Le centrali solari sono ancora costose;
Per produrre abbastanza elettricità bisogna ricoprire vaste aree di pannelli solari o fotovoltaici.

Introduzione alle tipologie d'impianto

Vi sono 3 tipi di impianti o modalità utilizzati per trasformare l’energia solare in energia sfruttabile:

Sistemi a bassa temperatura;
Sistemi ad alta temperatura;
Conversione fotovoltaica.

Sistemi a bassa temperatura

I sistemi a bassa temperatura sono quelli ai quali si fa ricorso più frequentemente per la produzione di acqua calda e per il riscaldamento degli edifici.
Questi impianti utilizzano i pannelli (o collettori) solari termici.
A loro volta sono suddivisi in:

Pannelli solari termici piani (o collettori piani);
Pannelli solari termici sottovuoto.

Il collettore piano è il sistema più utilizzato per ottenere le basse temperature, cioè comprese fra i 50 °C e i 90 °C.
Quindi, questi sistemi non trasformano l’energia solare in energia elettrica, ma la trasformano in energia termica, sfruttando il principio dell’effetto serra.
La differenza tra i due tipi di pannello è che quello sottovuoto garantisce più energia anche in condizioni di basso irraggiamento o basse temperature esterne.

Sistemi ad alta temperatura

I sistemi ad alta temperatura sono principalmente impianti di grandi dimensioni, contrariamente a quelli a bassa temperatura, che sono molto versatili per l’uso domestico.
Questi impianti utilizzano i pannelli (o collettori) solari a concentrazione.
Vi sono due tecnologie in questo ambito:

Sistemi a torre;
Collettori parabolici lineari.

In entrambi i casi, i pannelli concentratori ottengono oltre a 500 °C.
Questi sistemi trasformano l’energia solare in energia termica, che poi viene riconvertita in energia elettrica.

Conversione fotovoltaica

La conversione fotovoltaica sfrutta i pannelli fotovoltaici, costituiti da celle fotovoltaiche (o pile solari).
In questo caso l’energia solare è convertita direttamente in energia elettrica.
Le dimensioni di questi impianti possono essere varie, dalle due paia di pannelli fotovoltaici sul tetto di casa alle vaste distese «fotovoltaiche».

Approfondimento sui pannelli o centrali

In questa sezione approfondiremo il collettore piano per i sistemi a bassa temperatura, i sistemi a torre (e un cenno sui collettori parabolici) per quelli ad alta temperatura e i pannelli fotovoltaici per la conversione fotovoltaica.

Pannello solare termico piano

Questo pannello è costituito da:

Vetro d'isolamento, impedisce alle radiazioni riflesse di disperdersi all’esterno, che, come l’effetto serra, sono catturate e mantenute all’interno del pannello;
Assorbitore, assorbe le radiazioni;
Serpentina (tubi di circolazione),trasporta l’acqua che viene riscaldata. Ai capi del pannello v’è un’entrata per l’acqua fredda e un’uscita per l’acqua calda, riscaldata;
Strato isolante, rende minima la dispersione di calore.

Un sistema solare termico normalmente è composto da un pannello che riceve l'energia solare e da uno scambiatore dove circola l’acqua che trasferisce l’energia al serbatoio, che è utilizzato per immagazzinare l'energia accumulata.
Il sistema può avere due tipi di circolazione, naturale o forzata (che si serve di una pompa elettrica).
Il pannello può essere anche dotato di un accumulo che solitamente è posto sovrastante al collettore o nelle immediate vicinanze.
Altrimenti, l’accumulo è integrato nell’impianto termico (solitamente nella caldaia).

Sistemi a torre e collettori parabolici lineari

La torre solare (sistema a torre) è costituita da:

Pannelli solari a concentrazione, pannelli che, ruotando e si inclinandosi a seconda della posizione del Sole, convogliano i raggi solari sul ricevitore;
Ricevitore, è posto sulla sommità della torre solare e all’interno vi circola il fluido termovettore (un liquido capace di trasportare calore) che in questo caso è un nitrato di sodio e potassio. Questo fluido si scalda e torna a terra;

Serbatoi d’accumulo dei sali freddi,contiene il fluido che deve essere mandato alla torre , mantenuto a 290 °C;
Serbatoi d’accumulo dei sali caldi, contiene il fluido che è stato riscaldato , la cui temperatura ora è di 565 °C;
Generatore di vapore, dove il fluido, caldo, viene trasformato in vapore;
Turbina, viene fatta girare dal vapore spinto su quest'ultima. Questa turbina è collegata ad un alternatore, che manda poi la corrente alternata ad un trasformatore che innalza la tensione e che immette la corrente nella rete elettrica;
Torre di raffreddamento, dove infine il vapore è riconvertito in liquido.

Nei collettori parabolici lineari il processo e i componenti sono gli stessi, tranne i collettori, i quali sono a forma di parabola. Anch’essi possono inclinarsi in direzione del Sole.
Il condotto dove passa il fluido termovettore è anteposto al pannello è vi è attaccato grazie a dei supporti.
I sali caldi, però, in questa centrale hanno una temperatura di 596 °C.

Pannelli fotovoltaici

Nel pannello fotovoltaico si sfrutta il l’effetto fotoelettrico, per cui una piastra metallica, esposta alla luce, emette elettroni.
La piastra in questo caso è la cella fotovoltaica, composta da materiali come il silicio o l’arseniuro, detti semiconduttori.

Più celle formano un modulo;
Più moduli formano un pannello;
Più pannelli formano una stringa;

Più stringhe formano un campo.

Eccovi spiegata l'energia solare e i suoi relativi impianti. Buono studio!