Conoscere il Solare

Energia Energia solare

Si dice solare l’energia raggiante sprigionata dal Sole per effetto di reazioni nucleari (fusione dell’idrogeno) e trasmessa alla Terra sotto forma di radiazione elettromagnetica. Le radiazioni elettromagnetiche sono costituite da fotoni. Il fotone è una particella neutra che si propaga nel vuoto, alla velocità di circa 300.000 chilometri al secondo, con una energia che dipende dalla sua frequenza e con massa che si considera nulla quando è a riposo (non in movimento).

L'intensità delle radiazioni solari che arrivano ogni anno sulla superficie terrestre equivale a 80 mila miliardi di tonnellate di petrolio equivalente (le cosiddette TEP, che individuano una quantità di energia pari a quella prodotta da una tonnellata di petrolio). Questa è una quantità infinitesimale rispetto alla produzione di energia che avviene nel Sole grazie alle reazioni nucleari; ma è anche una quantità enorme, se si pensa che la domanda mondiale di energia è pari solo a 8 miliardi di TEP l'anno. Questa energia viene assorbita dall'atmosfera e dalla superficie terrestre e si trasforma in energia eolica, idraulica e chimica. Ogni forma di vita presente sulla Terra esiste grazie all'energia inviata dal Sole. Ogni cosa, a partire da ciò che mangiamo ogni giorno, è legata, direttamente o indirettamente, ad essa. Anche i combustibili fossili, derivati dall'alterazione chimico-fisica di organismi viventi preistorici, contengono energia solare. La radiazione solare, nonostante raggiunga al massimo la potenza di 1 chilowatt per metro quadrato (irraggiamento al suolo in condizioni di giornata serena e sole a mezzogiorno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla Terra.

Il Sole

Il Sole è la stella a noi più vicina e quella che consente la vita sulla Terra. Il Sole è una sfera con un diametro di 1,4 milioni di chilometri (109 volte quello della Terra) e una massa circa 300.000 più grande di quella terrestre. È formato per il 75% da idrogeno, il 23% di elio e solo il 2% di elementi più pesanti.

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Il bilancio energetico sulla Terra

Un raggio di Sole arriva sulla superficie terrestre dopo un viaggio di 150 milioni di chilometri che percorre in 8 minuti. L’energia solare ricevuta dalla Terra è pari a circa 170.000 terawatt (unità di misura pari a 10 watt alla dodicesima, utilizzata per quantificare l'energia solare).

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Il bilancio solare sulla Terra

Il Sole illuminerà e riscalderà la Terra fino a quando non si saranno esaurite le sue riserve d'idrogeno, ovvero tra circa 5 miliardi di anni. La radiazione solare raggiunge la superficie terrestre in maniera non omogenea. Ciò dipende dalla sua interazione con l'atmosfera e dall'angolo d'incidenza dei raggi solari.

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La radiazione utile

Dell’enorme flusso di energia che arriva dal Sole sulla Terra solo una parte può essere trasformata in energia utile. La quantità di energia solare in arrivo sulla superficie terrestre che può essere utilmente “raccolta” dipende dall’irraggiamento del luogo.

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Un po’ di storia

Da sempre l'uomo sa ciò che succede quando un raggio di Sole illumina un corpo. Se questo è di colore chiaro o è uno specchio, l'energia del Sole viene riflessa. Se è scuro, la radiazione solare viene assorbita e il corpo si riscalda.

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Un po’ di numeri nel mondo

La capacità fotovoltaica installata nel mondo nel 2021 ha raggiunto i 942 GW, grazie ai 175 GW installati durante l’anno. L’Italia nel 2020 si è posizionata al 6° posto per potenza installata, dopo Cina, Stati Uniti, Giappone, Germania, India e prima di Australia, Vietnam, Corea del Sud e Regno Unito.

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Un po’ di numeri in Italia

L’Italia è il Paese del Sole, non solo nelle canzoni popolari e nell’immagine che ne hanno i turisti, ma anche dal punto di vista energetico. Nel nostro Paese, l’irraggiamento medio annuo va dai 3,6 kWh per m² al giorno della Pianura Padana ai 4,7 kWh per m² al giorno del Centro-Sud, ai 5,4 kWh per m² al giorno della Sicilia.

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L’energia solare è silenziosa, non è inquinante e consente di ottenere immediatamente un fluido caldo che può essere impiegato sia come acqua calda sanitaria, sia come riscaldamento, sia per vari usi industriali.

I benefici ambientali derivanti dall’installazione di sistemi fotovoltaici possono essere espressi in termini di emissioni evitate: si quantificano, cioè, le emissioni che si sarebbero prodotte per la generazione di una pari quantità di energia elettrica tramite sistemi termoelettrici.

Per esempio, si è stimato che una famiglia di quattro persone consuma con uno scaldabagno elettrico circa 7,7 chilowattora al giorno. In Italia per produrre un chilowattora elettrico le centrali termoelettriche immettono in atmosfera mediamente 0,58 chilogrammi di anidride carbonica, uno dei principali gas responsabili dell’effetto serra. Quindi per uno scaldabagno elettrico si producono in media circa 4,5 chilogrammi di CO2 al giorno. Con impianti ibridi solare-gas, cioè impianti solari integrati con caldaie a gas, che assicurano acqua calda durante tutto l’anno, a Roma una famiglia di quattro persone può risparmiare circa 0,69 chilogrammi di CO2 al giorno.

Quindi l’’energia solare potrebbe ridurre in modo significativo l’uso di combustibili fossili, poiché finalmente potrebbe rappresentare una fonte di energia elettrica su grande scala, in modo particolare in Italia dove i livelli di insolazione sono elevati.

Convertire direttamente il sole in energia elettrica è una scelta che potrà essere molto vantaggiosa non solo negli insediamenti urbani, ma anche nelle zone emarginate e remote, specie nel Terzo Mondo. Qui la combinazione di sistemi fotovoltaici con altre fonti rinnovabili esistenti può portare l’energia elettrica anche ai villaggi e alle comunità più isolate per assicurare illuminazione, telecomunicazioni, pompe, ma anche per dissalare l’acqua del mare e quella salmastra dei pozzi, per conservare i prodotti della pesca e dell’agricoltura, e refrigerare farmaci e vaccini.

La densità di potenza dell’energia solare

In meno di un'ora la Terra riceve dal Sole una quantità di energia pari all'intero consumo mondiale di un anno. L'energia solare, a differenza di altre fonti di energia, è presente in tutte le zone del pianeta (seppur con alcune differenze dipendenti dalla latitudine) ed è una fonte che ci accompagnerà ancora per miliardi di anni.

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L’impatto sul paesaggio

L'impatto ambientale di un impianto ad energia solare deve essere valutato considerando l'intero ciclo di vita e in particolare la fase di costruzione dell'impianto, la fase in cui l'impianto è installato e produce energia e, infine, la fase di dismissione.

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