Energia solare: applicazioni

Per energia solare si intende l’energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l’energia irraggiata dal Sole verso la Terra. Ogni istante il Sole trasmette sulla Terra 1367 watt/m2. Essendo questa un’energia gratuita, pulita, abbondante e disponibile con continuità si sono sviluppate varie tecnologie per il suo sfruttamento.

TECNOLOGIE
Due sono le tecnologie principali per estrarre energia dal sole: il pannello solare (o collettore termico) che sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche (acqua e antigelo/antiebollizione), contenuto nel suo interno che cede calore, tramite uno scambiatore di calore, all’acqua contenuta in un serbatoio di accumulo, e il pannello fotovoltaico che sfrutta le proprietà di particolari elementi per produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce.

PANNELLO SOLARE

I collettori termici possono essere a circolazione naturale o forzata; i primi utilizzano il moto convettivo del liquido contenuto nei pannelli per consentirne la circolazione all’interno del sistema pannello-scambiatore di calore. In questo caso il serbatoio di accumulo che contiene lo scambiatore di calore deve trovarsi più in alto del pannello. I sistemi a
circolazione forzata, invece, utilizzano una pompa che fa circolare il fluido all’interno di scambiatore e pannello quando la temperatura del fluido all’interno del pannello è più alta di quella all’interno del serbatoio di accumulo, che, in questo caso, si trova più in basso dei pannelli. Sistemi di questo tipo sono più complessi dal punto di vista dei
controlli e delle apparecchiature impiegate (pompe, sensori di temperatura, valvole a tre vie, centraline di controllo), ma consentono di posizionare il serbatoio di accumulo, anche di grandi dimensioni, praticamente dove si vuole, ad esempio a terra e non sul tetto dove problemi di peso ne renderebbero difficile la collocazione.

PANNELLO FOTOVOLTAICO
I pannelli fotovoltaici convertono la luce solare direttamente in energia elettrica. Questi pannelli sfruttano l’effetto fotoelettrico e hanno un efficienza di conversione che arriva fino al 32,5% nei modelli da laboratorio. Questi pannelli non avendo parti mobili o altro necessitano di pochissima manutenzione. In sostanza vanno puliti periodicamente. La durata operativa stimata dei pannelli fotovoltaici è di circa 30 anni. I difetti principali di questi impianti sono il costo dei pannelli e l’immagazzinamento dell’energia. I pannelli fotovoltaici ad alta efficienza hanno un costo molto elevato e attualmente vengono utilizzati solo in situazioni particolari, i pannelli fotovoltaici con un costo accessibile (per impianti di ampie dimensioni) hanno un’efficienza compresa tra il 14 e il 16%. Il secondo problema di questo genere di impianto è che l’energia viene prodotta istantaneamente e non può essere immagazzinata in modo semplice. Grazie a una legislazione che prevede incentivi economici all’installazione di pannelli solari e la possibilità di vendere l’energia prodotta in eccesso al gestore della rete di trasmissione, la Germania è al primo posto in Europa per la potenza elettrica prodotta da energia solare: tale quantità però soddisfa solamente l’1% del fabbisogno nazionale tedesco ed è del tutto insufficiente a sostenere il trend crescente della domanda energetica. Analoghe iniziative, comunemente note come Conto Energia o Feed-in tariff, sono state intraprese da diversi stati europei, tra cui l’ultima in ordine cronologico è l’Italia, mediante il Decreto Interministeriale 28/07/2005 pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 181
del 05/08/2005, spesso chiamato Decreto Scajola, a seguito del ministro preposto al Ministero delle Attività Produttive al momento della sua emanazione.

UTILIZZI
Attualmente i pannelli solari vengono utilizzati per fornire acqua calda e riscaldamento ad abitazioni e piccoli complessi. Si è tentato di realizzare delle centrali solari che utilizzando turbine convertissero il calore immagazzinato
in energia elettrica ma questi esperimenti sono sostanzialmente falliti per la bassa resa di queste centrali rapportate con gli alti costi di gestione e con la discontinuità della fornitura elettrica. I pannelli fotovoltaici vengono utilizzati prevalentemente per alimentare dispositivi distanti dalle reti elettriche (sonde spaziali, ripetitori telefonici in alta montagna, ecc) o con richieste energetiche talmente ridotte che un allacciamento alla rete elettrica risulterebbe antieconomico (segnaletica stradale luminosa, parchimetri, ecc). Ovviamente questi dispositivi devono essere dotati di accumulatori in grado di assorbire la corrente elettrica prodotta in eccesso durante la giornata per rifornire le apparecchiature durante le ore notturne e durante i periodi nuvolosi. Con le attuali tecnologie i pannelli fotovoltaici
sono scaldati anche dalla radiazione infrarossa (invisibile) dei raggi solari e dunque erogano anche in caso di tempo nuvoloso e pioggia. La quantità d’energia erogata è tuttavia variabile e difficilmente prevedibile e non è in grado di assicurare la continuità nell’erogazione della corrente, a meno di una produzione con un largo margine di sicurezza al di sopra dei picchi annuali di domanda. Perciò solare ed eolico sono attualmente impianti ausiliari attivati quando il carico della domanda supera i livelli medi (nelle punte giornaliere ed estive per gli impianti di condizionamento). L’installazione di pannelli solari ha avuto il suo massimo sviluppo in Germania grazie ad una legislazione favorevole per la quale chi produce energia in eccesso la rivende al fornitore elettrico, che l’acquista allo stesso prezzo per
kwh. In pratica il cittadino paga in bolletta la differenza fra quanto consuma e quanto eroga all’ente elettrico. Se il saldo è positivo ottiene un acccredito. Analoga legislazione è stata recentemente ottenuta anche in Italia: infatti il 19 Settembre 2005 è entrato in vigore il cosiddetto "conto energia", DL 387/2003 (che recepisce la direttiva europea 2001/77/CE). Il solare fornisce solamente l’1% della potenza prodotta in Germania (equivalente al 2-3% italiano); e non è pertanto una fonte primaria della politica energetica. L’eolico è l’energia meno costosa (per Kwh), ma non è probabilmente in grado di creare analoghi livelli occupazionali.

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