Energia Solare

Summary

L’utilizzo dell’energia ricavabile dai combustibili fossili è la principale fonte d’inquinamento del nostro pianeta e la sua disponibilità è in esaurimento. L’utilizzo di energie rinnovabili può rappresentare la strada per continuare a sviluppare la nostra civiltà senza creare danni all’ambiente e assicurarci energia inesauribile.

Le fonti di energia rinnovabili (F.E.R.)

L'energia solare è la fonte di energia primaria per eccellenza. Ogni anno il sole irradia sulla terra 19.000 miliardi di TEP ( Tonnellate Equivalenti Petrolio) mentre la domanda annua di energia è di circa 8 miliardi di TEP. In Italia la domanda annua è di circa 167 milioni di TEP.

Tutte le forme di energia sulla Terra derivano dall’energia del sole, con l’eccezione dell’energia nucleare, geotermica e delle maree. L’energia solare diretta è quella associata alla luce e al calore che percepiamo quando siamo in presenza del sole. Sono forme di energia solare indiretta l’energia del vento o eolica e l’energia idrica. Anche la biomassa, cioè qualunque materiale organico di origine vegetale (dalle piante ai residui agricoli o urbani), costituisce una forma di accumulo dell’energia solare, attraverso i processi di fotosintesi clorofilliana. L’energia solare diretta e le sue forme indirette sono indicate come fonti energetiche rinnovabili perché si rigenerano, dopo l’utilizzo, su una scala di tempi umana. I combustibili fossili invece non sono una fonte energetica rinnovabile perché le loro riserve sono finite e destinate ad esaurirsi.

L’energia solare diretta è quella che percepiamo quando ci scaldiamo al sole. È la fonte rinnovabile per eccellenza dato che si rinnova in maniera istantanea o con qualche ora di ritardo. (corpi che accumulano calore durante il giorno e lo rilasciano durante la notte).L’energia eolica ha origine dal non omogeneo e variabile riscaldamento della terra da parte del sole. L’energia idrica, cioè l’energia posseduta dall’acqua in presenza di un dislivello, è un fenomeno possibile solo grazie al sole, il cui calore alimenta il ciclo delle acque. L’energia da biomassa non è altro che energia solare immagazzinata, grazie alla fotosintesi, nei tessuti vegetali delle piante. L’energia dei combustibili fossili deriva anch’essa dall’energia solare, immagazzinata nella biomassa e sottoposta, nel corso di milioni di anni, a processi chimici e geologici. Non può quindi essere considerata rinnovabile.

La radiazione solare

La radiazione solare che giunge al suolo, attraversando l’atmosfera terrestre, deriva dalla somma di tre componenti: la componente diretta, la componente riflessa, e quella diffusa. In condizioni di cielo sereno e con il sole allo zenit (cioè sulla perpendicolare del luogo) la potenza che giunge al suolo è di circa 1000 Watt/mq.

L’irraggiamento avviene sotto forma di onde elettromagnetiche le cui componenti, generalmente chiamate radiazioni termiche o infrarosse, corrispondono a un intervallo di lunghezza d’onda che da circa 1 µm si estende fino a 100 µm. Il calore si propaga anche nel vuoto ed infatti la radiazione termica solare attraversa gli spazi interplanetari e giunge fino alla Terra. Quando un corpo materiale viene investito dall’energia raggiante, una frazione viene riflessa, una frazione viene assorbita e la rimanente trasmessa. L’assorbimento di questa energia raggiante da parte della materia dipende dalla superficie del corpo ed in particolare se essa è ruvida o lucida, bianca o nera. Difatti le superfici nere sono quelle che assorbono in assoluto la maggiore quantità di energia. Oltre a questi parametri, sia l’insolazione che l’irraggiamento dipendono dall’esposizione e dall’inclinazione della superficie oltre che dalla longitudine e latitudine terrestre.

Radiazione solare annua al suolo nell’area mediterranea in kWh/mq

Le tecnologie

Per tecnologia solare si intende qualsiasi dispositivo che consenta di trasformare l’energia solare diretta o le sue forme indirette (eolica, idrica e biomassa) in forme di energia utili all’uomo: calore, elettricità e combustibili.

Gli impianti solari termici convertono l’energia solare diretta in energia termica cioè calore da impiegare per produrre acqua calda per il riscaldamento degli edifici, o per la produzione di energia elettrica: riscaldamento termosolare, collettori a tubi sottovuoto, collettori a piastra, collettori monoblocco ad accumulo, collettori termosolari, generatore termico solare, torri solari, sistema a pannelli termofotovoltaici, concentratori parabolici ad inseguimento, specchi parabolici lineari, sistema a concentratori parabolici, sistema solar pond, ecc.

A solar tower	Parabolic concentrator	Thermo-solar collector

I generatori eolici non sono altro che la versione moderna dei mulini a vento. Sono impiegati per convertire l’energia eolica in energia meccanica o, più spesso, energia elettrica. Gli impianti mini-idroelettrici sono impianti di piccole dimensioni che consentono di utilizzare piccoli salti idrici per produrre energia elettrica. Gli impianti a biomassa convertono la legna, i residui agricoli o i rifiuti urbani in calore o elettricità, per mezzo di processi cha vanno dalla combustione alla gassificazione.

Gli impianti solari fotovoltaici consentono invece la conversione istantanea dell’energia solare diretta in energia elettrica.

Il funzionamento dei dispositivi fotovoltaici si basa sulla capacità di alcuni materiali semiconduttori, opportunamente trattati, di convertire l’energia della radiazione solare in energia elettrica in corrente continua senza bisogno di parti meccaniche in movimento. Il materiale semiconduttore quasi universalmente impiegato oggi a tale scopo è il silicio. Il componente base di un impianto FV è la cella fotovoltaica. Più celle assemblate e collegate tra di loro in una unica struttura formano il modulo fotovoltaico. Il trasferimento dell'energia dal sistema fotovoltaico all'utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi, necessari per trasformare ed adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze dell'utenza finale.