Le energie rinnovabili: una guida alle fonti pulite e sostenibili

Le energie rinnovabili sono generate da fonti di energia che si rigenerano alla stessa velocità con cui vengono consumate. Sono dunque forme di energia alternative alle tradizionali fonti fossili e molte di esse hanno la particolarità di essere anche energie pulite ovvero di non immettere nell’atmosfera sostanze nocive e/o che potrebbero alterare il clima. Sono comunemente considerate energie pulite l'energia idroelettrica, quella solare, eolica, marina o mareomotrice e geotermica.

Energia solare: tecnologie e vantaggi

L'energia solare è un'energia pulita e rinnovabile, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal Sole verso la Terra. La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è enorme, circa diecimila volte superiore a tutta l'energia usata dall'umanità nel suo complesso. Sono tre le tecnologie principali per trasformare in energia sfruttabile l'energia pulita e rinnovabile del sole:

- il pannello solare, che 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, che 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;

- il pannello fotovoltaico, che sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori per produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce.

Energia idroelettrica: potenzialità e impatti

L'energia idroelettrica è l'energia che sfrutta la trasformazione dell'energia potenziale posseduta da masse d'acqua in quota in energia cinetica nel superamento di un dislivello: questa, a sua volta viene trasformata, per mezzo di un alternatore accoppiato ad una turbina, in energia elettrica. L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e condotte forzate.

Nonostante questa sia una forma di energia pulita e rinnovabile la costruzione di dighe e grandi bacini artificiali può provocare danni anche gravi all'ecosistema della zona. L'energia idroelettrica è la principale risorsa alternativa alle fonti fossili usata in Italia, e garantisce circa il 15% del fabbisogno energetico italiano.

Energia eolica e mareomotrice

L'energia eolica sfrutta l'energia cinetica prodotta dal vento per produrre energia meccanica o elettrica. La macchina che trasforma il vento in energia eolica si chiama aerogeneratore: il principio di funzionamento è quello del mulino, tranne che le pale spinte dal vento vengono collegate ad un generatore elettrico. L'energia eolica rientra tra le forme di energia rinnovabile e pulita che forniscono alla rete nazionale il contributo più significativo in termini di energia elettrica prodotta.

L'energia mareomotrice è un'energia rinnovabile e pulita ricavata dagli spostamenti d'acqua provocati dalle maree. Il problema maggiore nello sviluppo di questa tecnologia è rappresentato dallo sfasamento tra ampiezza massima di marea disponibile e domanda di energia elettrica nelle ore di punta. Infatti nei giorni di insufficienza nell'afflusso d'acqua la produzione di elettricità cesserebbe.

Energia geotermica: utilizzi e applicazioni

L'energia geotermica è un'energia rinnovabile e pulita generata sfruttando fonti geologiche di calore. Le temperature della crosta terrestre crescono più si scende in profondità: in media, ogni 100 metri la temperatura delle rocce aumenta di 3°. E' proprio in queste zone "calde" che l'energia può essere facilmente recuperata mediante la geotermia, che consiste nel convogliare i vapori provenienti dalle sorgenti d'acqua del sottosuolo verso apposite turbine adibite alla produzione di energia elettrica e riutilizzando il vapore acqueo per il riscaldamento, le coltivazioni in serra etc.. Le principali applicazioni del vapore naturale proveniente dal sottosuolo sono due:

- la produzione di energia elettrica tramite il classico metodo delle turbine;

- il calore geotermico incanalato in un sistema di tubature utilizzato per attività locali di riscaldamento.

Le celle fotovoltaiche

Celle fotovoltaiche: funzionamento e efficienza

La conversione della radiazione solare in una corrente di elettroni avviene nella cella fotovoltaica, un dispositivo costituito da una sottile fetta di materiale semiconduttore, molto spesso silicio, opportunamente trattata.

Tale trattamento è caratterizzato da diversi processi chimici, tra i quali si hanno i cosiddetti “drogaggi”.

Inserendo nella struttura cristallina del silicio delle impurità, cioè atomi di boro e fosforo, si genera un campo elettrico e si rendono anche disponibili le cariche necessarie alla formazione della corrente elettrica.

Questa si crea quando la cella, le cui due facce sono collegate ad un utilizzatore, è esposta alla luce. L’energia che si può poi sfruttare dipende dalle caratteristiche del materiale di cui è costituita la cella : l’efficienza di conversione (percentuale di energia contenuta nelle radiazioni solari che viene trasformata in energia elettrica disponibile ai morsetti) per celle commerciali al silicio è in genere compresa tra il 13% e il 20 %, mentre realizzazioni speciali di laboratorio hanno raggiunto valori del 32,5%.

In pratica la tipica cella fotovoltaica ha uno spessore complessivo compreso tra 0,25 e 0,35 mm ed è costituita da silicio mono o multicristallino.

Essa, generalmente di forma quadrata, misura solitamente 125x125 mm e produce, con un irraggiamento di 1 kW/mq ad una temperatura di 25°C, una corrente compresa tra i 3 e i 4 A e una tensione di circa 0,5 V, con una potenza corrispondente di 1,5 - 2 Wp.

Poiché la potenza di una cella fotovoltaica varia al variare della sua temperatura e della radiazione, per poter fare dei confronti sono state definite delle condizioni standard alle quali fa riferimento il cosiddetto watt di picco (Wp), relativo alla potenza fornita dalla cella alla temperatura di 25°C sotto una radiazione di 1.000 W/mq e in condizioni di AM1,5.