Energia dal Sole

Si definiscono sistemi solari passivi quelli in cui l'energia solare viene utilizzata direttamente. Le serre, ad esempio, sono strutture di vetro che permettono il passaggio del Sole in entrata, ma non ne fanno uscire il calore. In questo modo, esse possono mantenere al loro interno temperature superiori a quelle esterne. Vi sono poi i distillatori solari nei quali, in uno spazio chiuso e coperto da lastre trasparenti esposte al Sole, l'acqua marina evapora, condensandosi poi sotto forma di acqua priva di sali e, pertanto, riutilizzabile. Nei sistemi solari attivi, invece, l'energia solare viene raccolta e trasformata in energia termica o elettrica prima di essere utilizzata. Sono sistemi di questo genere i pannelli solari termici, i collettori a concentrazione, impiegati nella produzione di energia termica, e i pannelli solari fotovoltaici, per la produzione di energia elettrica. Le tecnologie migliori permettono anche la cogenerazione di più tipologie di energia ed è possibile accumulare l'energia termica in molti modi e per differenti usi.

Pannelli solari termici

I pannelli solari termici catturano l'energia del Sole e la utilizzano per produrre acqua calda (fino a 60-70 gradi centigradi) che, accumulata in un apposito serbatoio, può essere utilizzata sia per gli usi domestici (per esempio per il riscaldamento delle abitazioni e dell'acqua) sia per quelli industriali sia per la produzione di energia elettrica su vasta scala attraverso le centrali termoelettriche solari.

Pannelli a piastra

Il sistema a pannelli solari è composto da due elementi: il pannello solare vero e proprio e il serbatoio d'accumulo. Il primo è composto da un assorbitore di calore solare, ossia da una lastra d'acciaio o di rame, all'interno della quale passano i tubi in cui scorre il fluido che deve essere riscaldato dal Sole.

Collettori a concentrazione

I collettori a concentrazione sono pannelli solari termici che utilizzano un sistema di specchi che riflette i raggi del Sole facendoli convergere su un ricevitore. I collettori possono essere di tipo lineare, quando concentrano i raggi del Sole sul segmento di una retta, o possono concentrare i raggi in un punto, riscaldando il fluido in uscita dal pannello a temperature superiori ai 100 gradi centigradi.

Collettori a tubi sottovuoto

Esistono anche pannelli solari termici detti collettori a tubi sottovuoto che sono composti da tubi di vetro speciale sottovuoto, ricoperti da uno strato che trasforma la luce solare in calore. In questo caso l'assorbitore di calore è di forma circolare ed è alloggiato all'interno della cavità sottovuoto dei tubi stessi.

Accumulatori di energia

Come per altre fonti rinnovabili anche per l'energia solare uno dei limiti da superare è l'irregolarità dell'energia disponibile, per cui i sistemi di accumulo sono un aspetto importante per l'evoluzione e la diffusione delle tecnologie sviluppate.

I pannelli solari fotovoltaici

Il fotovoltaico è una tecnologia che consente di trasformare direttamente la luce solare in energia elettrica sfruttando il cosiddetto effetto fotovoltaico. Esso si basa sulle proprietà che hanno alcuni materiali semiconduttori come il silicio che, opportunamente trattato, genera energia elettrica quando viene colpito dalle radiazioni solari.

Le torri solari. Tra i collettori a concentrazione vi sono le torri solari che consistono in un sistema di specchi che inseguono il moto del Sole, chiamati eliostati, che riflettono l’energia solare su di un recettore montato in cima ad una torre localizzata al centro. Il calore solare è raccolto da un fluido (un sale fuso) che ha anche la funzione di accumulo di energia. Con il calore accumulato nei sali fusi si produce del vapore (565 gradi centigradi), allo scopo di fare girare un turbo-generatore elettrico.

Specchi parabolici lineari. Esistono poi gli specchi parabolici lineari denominati con il termine SEGS (Solar Eletric Generating System): essi sono usati per focalizzare i raggi solari su un lungo tubo ricevente posizionato lungo la linea dei concentratori. Un mezzo portatore di calore, ad esempio olio, pompato attraverso i tubi ricettori, alimenta una centrale. Il calore solare è trasformato in vapore allo scopo di far funzionare un turbo-generatore elettrico. La temperatura tipica di operazione è di 390 gradi centigradi. Tali impianti oggi hanno dimensioni tipiche dell’ordine da 30 a 80 megawatt elettrici e bruciano anche una certa quantità di combustibile fossile (gas naturale nel miglior caso) per produrre energia quando l’energia solare non è sufficiente.

Gli impianti fotovoltaici

L’impianto fotovoltaico è l’insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che captano l’energia solare, la trasformano in energia elettrica, fino a renderla disponibile all’utilizzo da parte dell’utente finale.

Impianti isolati

Sono i sistemi non collegati alla rete elettrica nazionale che alimentano direttamente alcune apparecchiature. Posseggono anche un sistema di batterie che garantisce l’erogazione di corrente anche nelle ore di minore illuminazione o di buio.

Impianti collegati alla rete elettrica

Sono impianti stabilmente collegati alla rete elettrica nazionale. Nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non è in grado di produrre l’energia necessaria a coprire la domanda di elettricità, la rete fornisce l’energia richiesta. Viceversa, se il sistema fotovoltaico produce energia elettrica in più, il surplus viene trasferito alla rete.

Impianti integrati negli edifici

Essi costituiscono una delle più promettenti applicazioni dl fotovoltaici. Si tratta di sistemi che vengono installati su costruzioni civili o industriali per essere collegati alla rete elettrica di distribuzione nazionale. La corrente generata dai moduli fotovoltaici viene immessa nella rete interna dell’edificio utilizzatore e in parallelo nella rete di distribuzione pubblica.

Come posizionare un impianto

Per ottenere la massima produzione di energia, in fase di progettazione di un impianto, bisogna studiare l’irraggiamento e l’insolazione del sito. Questo consente di decidere l’inclinazione e l’orientamento della superficie del dispositivo captante.

I sistemi termo-fotovoltaici

Dall'insieme delle tecnologie termosolari per la produzione di acqua calda e fredda e da quelle termosolari per la produzione di energia elettrica, derivano i sistemi di cogenerazione termo-fotovoltaici.
Un esempio di tali sistemi consiste in pannelli nei quali sono integrati un collettore termosolare e celle fotovoltaiche, dove l'energia primaria è quella solare diretta.

Il solare termodinamico

Il solare termodinamico permette di generare energia elettrica usando l’energia solare per riscaldare acqua e trasformarla in vapore per azionare delle turbine, in modo analogo ad una centrale termoelettrica tradizionale. In questo caso non è necessario bruciare combustibili fossili per produrre vapore, ma l’energia per riscaldare l’acqua viene direttamente dal Sole.