L'energia solare

L'energia solare è costituita dal flusso di raggi solari che irraggiano continuamente il nostro pianeta ed è la fonte di energia rinnovabile più conosciuta. Le tecnologie solari sfruttano l'energia dei raggi solari per generare elettricità, tramite il fotovoltaico, o per generare calore, tramite i pannelli solari termici o collettori solari. A queste due tecnologie si è aggiunto, di recente, anche il solare a concentrazione. L'energia solare è comunemente sfruttata tramite i pannelli solari termici e il fotovoltaico. L'energia solare è anche una fonte di energia primaria poiché da quest'ultima derivano molti fenomeni naturali. Senza i raggi provenienti dal Sole non ci sarebbe fotosintesi clorofilliana, non ci sarebbero vegetali né in mare e né in Terra, non ci sarebbe la vita. Senza la vita non ci sarebbero fossili e, di conseguenza, nemmeno le grandi riserve di petrolio, gas e carbone. Senza i raggi solari non ci sarebbe, inoltre, il vento, il ciclo dell'acqua, ecc. Quasi tutte le fonti di energia oggi conosciute derivano dal Sole.

Le tecnologie a energia solare

Il Sole irraggia la Terra continuamente con i raggi solari che, oltre a consentire la vita sul nostro pianeta, possono essere sfruttati dall'uomo per generare calore o elettricità tramite i pannelli solari. L'energia solare può essere utilizzata tramite due diverse tecnologie: il fotovoltaico e il solare termico.

  • Il fotovoltaico. Il fotovoltaico è la tecnologia che consente di trasformare i raggi solari direttamente in elettricità tramite le proprietà chimico-fisiche di alcuni materiali come il silicio. I pannelli solari fotovoltaici sono composti dalle celle fotovoltaiche.
  • Il solare termico. Il solare termico consente di sfruttare il calore dei raggi solari per produrre energia termica e scaldare l'acqua sanitaria ( collettori solari ) o indirettamente per produrre energia elettrica tramite la forza vapore ( solare a concentrazione ).

Il dispositivo che consente di sfruttare l'energia è il pannello solare. E' importante però sottolineare che, malgrado siano simili dal punto di vista estetico, la tecnologia dei pannelli solari fotovoltaici è completamente diversa da quella dei pannelli solari termici ( collettori solari ). L'energia solare è utilizzata sia in applicazioni domestiche che industriali. E' inoltre la principale fonte di energia per le stazioni orbitanti e per i satelliti artificiali ed è probabilmente la più conosciuta tra le fonti di energia rinnovabile.

I pannelli solari

I pannelli solari sono dispositivi in grado di convertire l'energia solare in energia elettrica o in calore. Sono chiamati pannelli solari dispositivi con tecnologie anche molto diverse tra loro. Attualmente esistono tre tipi di pannelli solari: i pannelli solari fotovoltaici, i pannelli solari termici e i pannelli a concentrazione solare.

  • I pannelli solari fotovoltaici. I pannelli solari fotovoltaici utilizzano la tecnologia basata sul fotovoltaico e le proprietà fisiche di alcuni semiconduttori come il silicio. Grazie all'effetto fotovoltaico questi pannelli riescono a trasformare l'energia solare direttamente in energia elettrica.
  • I pannelli solari termici ( collettori solari ). I pannelli solari termici utilizzano il calore proveniente dai raggi solari per riscaldare l'acqua sanitaria (acqua calda). Sono anche conosciuti come collettori solari. Lo scambio di calore può essere diretto oppure indiretto mediante un liquido termovettore. Talvolta sono anche dotati di un serbatoio di acqua posto al di sopra del pannello solare stesso.
  • I pannelli solari a concentrazione. I pannelli solari a concentrazione si basano sul principio degli specchi di Archimede. I raggi solari sono riflessi dal basso verso un unico punto focale dove è situata la caldaia, un recipiente o un tubo. Sono utilizzati per riscaldare l'acqua calda o, nel caso delle grandi centrali solari a concentrazione, per generare la forza vapore e, tramite quest'ultima, l'elettricità.

Il fotovoltaico

Il fotovoltaico è una tecnologia in grado di trasformare la luce solare in energia elettrica. La tecnologia si basa sull'effetto fotovoltaico, un fenomeno fisico che si verifica in alcuni semiconduttori e che consiste nella produzione di elettricità quando il materiale viene irraggiato da radiazioni elettromagnetiche. Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico composto da moduli fotovoltaici ( pannelli solari fotovoltaici ) installati in una superficie ben esposta al sole per sfruttare l'energia solare e trasformarla in energia elettrica. L'elettricità così prodotta può essere utilizzata direttamente dal proprietario dei pannelli solari in autoconsumo oppure rivenduta e immessa nella rete elettrica per essere utilizzata da altri utenti. Il fotovoltaico è considerata una fonte di energia rinnovabile in quanto non produce inquinamento atmosferico. Gli impianti fotovoltaici possono essere di piccole o di grandi dimensioni.

  • Tetto fotovoltaico. I tetti fotovoltaici sono impianti fotovoltaici di piccole dimensioni. Sono installati sui tetti delle abitazioni per una superficie variabile da 8 a 20 metri quadri per soddisfare, in tutto o in parte, il bisogno di energia elettrica dei proprietari.
  • Campo fotovoltaico. Un campo fotovoltaico è una vera e propria centrale elettrica ad energia solare composta da centinaia o migliaia di pannelli solari fotovoltaici. I pannelli solari sono installati in una superficie di terreno molto vasta e ben esposta al sole. L'energia elettrica prodotta viene interamente immessa in rete.

Il solare termico

Il solare termico è una tecnologia rinnovabile utilizzata per trasformare l'energia termica contenuta nei raggi solari in energia utile per il riscaldamento dell'acqua sanitaria, il riscaldamento degli ambienti interni oppure forza vapore. Nel settore termico sono compresi prodotti e tecnologie molto diversi tra loro. Appartengono alla categoria del solare termico i collettori solari

  • Collettori solari. I collettori solari sono una tipologia di pannelli solari di piccole e medie dimensioni specializzati a riscaldare l'acqua contenuta in un serbatoio. Il calore dei raggi solari viene assorbito dal pannello e utilizzato per riscaldare un liquido termovettore, il quale entra in circolazione in modo naturale o artificiale e, infine, riscalda l'acqua sanitaria contenuta in un boiler.
  • Solare a concentrazione. Il solare a concentrazione è una tecnologia del solare termico a medio-grandi dimensioni. I raggi solari sono riflessi da una serie di specchi verso un unico punto focale dove è riposta la caldaia o il condotto del liquido termovettore. Il calore concentrato può generare forza vapore. E' una tecnologia utilizzata soprattutto per i grandi impianti e le centrali solari a concentrazione. Possiamo però trovare anche prodotti più piccoli che utilizzano il medesimo principio, ad esempio le cucine solari da campeggio.

I collettori solari ( pannelli solari termici )

I collettori solari sono pannelli solari termici che consentono di trasformare il calore proveniente dai raggi solari in calore utile per il riscaldamento dell'acqua sanitaria. Sono pertanto una tecnologia rinnovabile ( solare termico ) di sfruttamento dell'energia solare. I collettori solari hanno le sembianze tipiche dei pannelli solari, sono composti da una superficie piana, rivolta in modo che sia esposta direttamente ai raggi solari, sotto al quale circola un liquido termovettore in una rete di tubi di piccole dimensioni e da un serbatoio di acqua posto nelle vicinanze. Il calore dei raggi solari riscalda il liquido termovettore. La circolazione del liquido termovettore tra il pannello termico e il serbatoio gli permette di acquisire calore dai raggi solari e di scambiarlo con l'acqua fredda contenuta del serbatoio. Mentre in uno scaldabagno è il calore generato dalla resistenza elettrica, posta in una serpentina, a scambiare il calore, nel caso dei collettori solari è il liquido termovettore a scambiare il calore solare con l'acqua contenuta nel serbatoio. Nei collettori solari la circolazione tra il pannello solare e il serbatoio può avvenire in modo naturale ( circolazione naturale ) per effetto del riscaldamento del liquido, oppure in modo forzato ( circolazione forzata ) tramite l'azione di una pompa idraulica. Quando l'utente apre il rubinetto dell'acqua calda, la rete idrica di casa preleva l'acqua riscaldata dal collettore solare e il ciclo di riscaldamento.

Il solare a concentrazione

Il solare a concentrazione è una tecnologia rinnovabile che consente di sfruttare il calore dei raggi solari ( energia termica )per produrre energia termica utile, forza vapore ed energia elettrica. I raggi solari vengono riflessi dagli specchi verso un unico punto focale ( caldaia ). La concentrazione dei raggi solari genera un elevato calore nel punto focale, tale da generare forza vapore, energia meccanica ed energia elettrica. Le centrali solari a concentrazione sono un modo diverso di sfruttare l'energia solare. E' una tecnologia basata sul solare termico ed è conosciuta anche con il termine inglese CSP Concentrating Solar Power) e come solare termodinamico. Pur essendo una tecnologia moderna, il solare a concentrazione si basa su un principio molto antico, quello degli specchi solari di Archimede da Siracusa. Esistono diverse tipologie di utilizzo:

  • Centrali solari a concentrazione. La caldaia è collocata al centro di una serie di specchi che concentrano i raggi solari verso un unico posto. Gli specchi sono dei pannelli piani e sono distribuiti intorno a una torre al di sopra della quale è posta la caldaia.
  • Pannello solare a concentrazione. Nei pannelli solari a concentrazione la caldaia è integrata nella struttura degli stessi specchi. In questo secondo caso il pannello è molto più ricurvo, poiché il punto focale è molto vicino agli specchi, e ha la forma di cilindro parabolico.
  • Paraboloide solare. E' composto da un unico specchio di grandi dimensioni che riflette i raggi solari verso un unico punto focale posto al di sopra del paraboloide.
  • Cucina solare. E' un tipo di paraboloide solare di piccole dimensioni in cui il principio del solare a concentrazione viene sfruttato anche per realizzare strumenti di uso comune. Ad esempio, nelle cucine solari da campeggio i raggi solari sono riflessi verso il punto focale ( caldaia ) dove viene posta la pentola, il contenitore o il cibo da riscaldare.

Le centrali solari a concentrazione

La centrale solare a concentrazione è un impianto industriale, di medio-grandi dimensioni, specializzato nella produzione dell'energia elettrica tramite l'energia solare. La centrale si basa sulla tecnologia solare a concentrazione e sfrutta l'energia termica contenuta nei raggi solari. E' composta da una serie di pannelli a specchio che riflettono i raggi solari verso un unico punto ricevitore ove è posta una caldaia. La concentrazione dei raggi in un unico punto genera un'elevata quantità di energia termica ( 500-600°C ) e forza vapore.

  • Centrale solare a torre. Gli specchi sono disposti intorno a una torre, alla cui sommità è posta la caldaia ove scorre un fluido termovettore che trasferisce e scambia il calore con un generatore di vapore. La forza vapore viene, infine, trasformata in energia elettrica tramite il lavoro di una turbina a vapore e di un alternatore ( turboalternatore ), così come accade in qualsiasi altra centrale termoelettrica.
  • Centrale solare a specchi parabolici lineari. Gli specchi riflettenti sono disposti in file. I raggi solari vengono riflessi in un punto focale molto vicino agli specchi, per questa ragione gli specchi sono molto curvi ( parabolici ). Nel punto focale di tutti i pannelli scorre il liquido termovettore che, a sua volta, scambia il calore con un generatore di vapore. La forza vapore viene, infine, trasformata in energia elettrica da un turboalternatore.