Solare

L’energia solare, emanata dal sole, è trasmessa sulla terra sotto forma di radiazione
elettromagnetica che può essere utilizzata direttamente per scopi energetici al fine di produrre calore o energia elettrica attraverso le diverse tecnologie disponibili, quali:

 

  • il solare fotovoltaico che sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori, opportunamente “drogati”, per produrre energia elettrica quando investiti da un flusso luminoso;
  • il solare termodinamico che sfrutta l’energia solare trasformandola indirettamente in energia elettrica attraverso due distinte fasi di trasformazione energetica;
  • il solare termico che sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche, contenuto nel suo interno, che cede calore, tramite uno scambiatore di calore, all'acqua contenuta in un serbatoio di accumulo.

FOTOVOLTAICO
La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica attraverso l’effetto fotovoltaico, ossia sfruttando la proprietà di alcuni materiali semiconduttori opportunamente “drogati” di generare elettricità se esposti alla radiazione solare.

Il dispositivo utilizzato per la generazione di energia elettrica è il modulo fotovoltaico, costituito da più celle di materiale semiconduttore (il più diffuso è il silicio) collegate insieme elettricamente; più moduli collegati in serie e in parallelo costituiscono il generatore fotovoltaico. Il generatore fotovoltaico e l’inverter (che trasforma la corrente continua generata dai moduli in corrente alternata) costituiscono gli elementi principali di un impianto fotovoltaico, che può essere realizzato con moduli fissi o ad inseguimento (ossia con moduli montati su apposite strutture mobili che inseguono il percorso del sole, allo scopo di incrementare la captazione della radiazione solare).

I principali fattori da cui dipende la produzione di energia elettrica di un impianto fotovoltaico sono:

  • la radiazione solare disponibile;’orientamento, l’inclinazione e il posizionamento dei moduli;
  • l'orientamento, l'inclinazione e il posizionamento dei moduli;
  • l'efficienza dei principali componenti elettrici dell'impianto.

In Italia, ad esempio, l’esposizione ottimale per moduli fissi è verso Sud, con un’inclinazione di circa 30-35 gradi; considerando un’efficienza complessiva dell’impianto del 75%, si ottiene mediamente una variazione delle ore equivalenti di funzionamento compresa tra 1.000 e 1.600 kWh/kWp.

È possibile ricondurre gli impianti fotovoltaici in tre specifiche categorie;

  • impianti fotovoltaici convenzionali;
  • impianti fotovoltaici integrati con caratteristiche innovative (BIPV);
  • impianti fotovoltaici a concentrazione (CPV).

La prima prevede l’utilizzo di moduli fotovoltaici convenzionali, la seconda utilizza moduli non convenzionali e componenti speciali, sviluppati specificatamente per sostituire elementi architettonici, la terza, infine, è costituita da un insieme di moduli in cui la luce solare è concentrata tramite sistemi ottici, su celle fotovoltaiche, consentendo così un rendimento più elevato rispetto alle altre tecnologie.


Potenza e numerosità impianti fotovoltaici in Italia 

In Italia il sistema incentivante, intervenuto dal 2005, ha portato a un rapido sviluppo del settore fotovoltaico.

Nel 2011 l’Italia è stato il primo Paese per nuova capacità installata di energia solare fotovoltaica. A fine 2011 erano circa 330.200 gli impianti installati, per un totale di 12,8 GW, mentre a fine 2013 si sono superati i 550.000 impianti per una potenza di oltre 17,5 GW. Il valore della potenza globalmente installata nel solo 2013 ha permesso all’Italia di mantenersi ai primi posti del mercato mondiale, alle spalle di Cina, Germania, Stati Uniti e Giappone.


SOLARE TERMODINAMICO
Il principio di funzionamento di un impianto solare termodinamico, ovvero la conversione indiretta dell’energia solare in energia elettrica, può essere suddiviso in due fasi successive: l’energia solare è trasformata in energia termica attraverso il riscaldamento di un fluido termovettore, quest’ultima è successivamente convertita in energia elettrica per mezzo di un ciclo termodinamico convenzionale.

Durante la prima fase, degli elementi riflettenti convogliano i raggi solari per scaldare il fluido termovettore ad alta temperatura che alimenta una centrale elettrica, la quale, come una centrale tradizionale, sfrutta il calore per produrre elettricità.

Gli impianti termodinamici si suddividono in ibridi e non ibridi, nei primi l’energia solare è integrata in un gruppo termoelettrico di produzione convenzionale, mentre negli impianti non ibridi l’intera energia solare è destinata al ciclo termodinamico finale di produzione energia.

Gli impianti solari termodinamici si distinguono inoltre in base alla tipologia di sistema utilizzato per captare l’energia solare diretta: 

  • Impianti con campo specchi e torre centrale (Solar Tower);
  • Impianti con collettori parabolici lineari (Parabolic Trough);
  • Impianti con collettori parabolici circolari (Dish Stirling);
  • Impianti con collettori lineari di Fresnel (Linear Fresnel Reflector).

Nel primo caso sono utilizzati specchi piani che convogliano i raggi solari verso un ricevitore posto in cima a una torre molto alta, negli altri casi invece sono impiegati dei collettori parabolici o lineari, che concentrano il calore verso un tubo ricevitore che può essere attraversato da un fluido o da un gas.

Le ore equivalenti di funzionamento annuo, in relazione alla quota solare, di un impianto termodinamico, variano in funzione della presenza o meno di un sistema di accumulo termico dell’energia captata, ad esempio in presenza di un sistema di accumulo variano tra le 3.500 e le 5.000.

Gli impianti solari termodinamici, a differenza degli impianti fotovoltaici, sfruttano essenzialmente la radiazione solare diretta, pertanto la produzione di energia elettrica è direttamente legata alla radiazione solare disponibile; per questo motivo la loro applicazione risulta efficace solo in zone in cui il clima per una buona parte dell’anno si presenta in prevalenza sereno.

 

SOLARE TERMICO

Gli impianti solari termici sono costituiti da pannelli che producono acqua calda sfruttando l’energia del sole. La radiazione solare riscalda un liquido che circola all’interno di un ricevitore (collettore o pannello) opportunamente isolato per limitare le dispersioni di calore verso l’ambiente esterno. Tale liquido, quindi, trasferisce il calore assorbito a un serbatoio di accumulo d’acqua. 

L’uso dell’acqua calda accumulata nel serbatoio, al posto dell’acqua prodotta da una caldaia o da uno scaldacqua elettrico, permette un risparmio sui consumi di gas o di energia elettrica. I pannelli solari termici sono impiegati in genere per la produzione di acqua calda sanitaria, per il riscaldamento degli edifici e anche per la produzione di calore nel settore industriale e agricolo. I pannelli possono anche essere impiegati per il raffrescamento estivo mediante l’utilizzo degli impianti di solar cooling. La tecnologia impiegata negli impianti solari termici è semplice ed affidabile e consente, in generale, di conseguire significativi risparmi energetici a fronte di modesti costi di investimento.