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 sull'orbita terrestre 1367
watt per m². Tenendo conto del fatto che la Terra è una sfera (e quindi i raggi arrivano
spesso angolati) che oltretutto ruota, l'irraggiamento solare sulla superficie
terrestre mediato sulle 24 ore e sulle 4 stagioni è, alle latitudini europee di
circa 200 watt/m².
La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre
è quindi enorme, circa diecimila volte superiore a tutta l'energia usata
dall'umanità nel suo complesso, ma poco concentrata, nel senso che è necessario
raccogliere energia da aree molto vaste per averne quantità significative, e
piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile
(principalmente in elettricità) con efficienze accettabili. Per il suo
sfruttamento occorrono prodotti in genere di costo elevato che rendono
l'energia solare notevolmente costosa rispetto ad altri metodi di generazione
dell'energia. Lo sviluppo di tecnologie che possano rendere economico l'uso
dell'energia solare è un settore della ricerca molto attivo ma che, per adesso,
non ha avuto risultati rivoluzionari.
Tecnologie
Tre sono le tecnologie principali per trasformare in energia
sfruttabile l'energia del sole:
* il pannello
solare (o collettore termico) 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.
* il pannello
solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici a struttura
lineare per concentrare i raggi solari su un tubo ricevitore in cui scorre un
fluido termovettore o una serie di specchi piani che concentrano i raggi
all'estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di sali che per
il calore fondono. In entrambi i casi "l'apparato ricevente" si
riscalda a temperature molto elevate (400°C ~ 600°C)
* il pannello
fotovoltaico 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 solare a
concentrazione
Il pannello solare a concentrazione concentra i raggi solari
su un opportuno ricevitore; attualmente il tipo più usato è quello a specchi
parabolici a struttura lineare che consente un orientamento monodimensionale
(più economico) verso il sole e l'utilizzo di un tubo ricevitore in cui è fatto
scorre un fluido termovettore per il successivo accumulo di energia in appositi
serbatoi. Il vettore classico è costituito da olii minerali in grado di
sopportare alte temperature. Nel 2001
l'ENEA ha avviato lo sviluppo del progetto Archimede,
volto all'utilizzo di sali fusi anche negli impianti a specchi parabolici a
struttura lineare. Essendo necessaria una temperatura molto più alta di quella
consentita dagli olii, si è provveduto a progettare e realizzare tubi
ricevitori in grado di sopportare temperature maggiori di 600°C (contro quelle di 400°C massimi dei tubi in
commercio), ricoperti di un doppio strato CERMET (ceramica/metallo) depositato
con procedimento di sputtering. I sali fusi vengono accumulati in un grande
serbatoio coibentato alla temperatura di 550°C. A tale temperatura è possibile
immagazzinare energia per 1KWh equivalente con appena 5 litri di sali fusi. Da
tale serbatoio i sali (un comune fertilizzante per agricoltura costituito da un
60% di nitrato di sodio (NaNO3) e un 40% di nitrato di potassio (KNO3)) vengono
estratti e utilizzati per produrre vapore surriscaldato. I sali utilizzati
vengono accumulati in un secondo serbatoio a temperatura più bassa (290°C). Ciò consente la
generazione di vapore in modo svincolato dalla captazione dell'energia solare
(di notte o con scarsa insolazione). L'impianto, lavorando ad una temperatura
di regime di 550°C,
consente la produzione di vapore alla stessa temperatura e pressione di quello
utilizzato nelle centrali elettriche a coproduzione (turbina a gas e riutilizzo
dei gas di scarico per produrre vapore), consentendo consistenti riduzioni di
costi e sinergie con le stesse. Attualmente è stato realizzato un impianto con
tali caratteristiche in Spagna ed è stato siglato un accordo di realizzazione
di un impianto su scala industriale presso la centrale termoelettrica ENEL
ubicata a Priolo Gargallo (Siracusa).
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%
nelle celle da laboratorio. In pratica, una volta ottenuti i moduli dalle celle
e i pannelli dai moduli e una volta montati in sede, l'efficienza media è di
circa il 15%. 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. tanto per dare un'idea: se si volesse produrre coi pannelli FV il
10% dell'energia elettrica consumata in Italia, bisognerebbe investire 240
miliardi di euro solo per l'acquisto e la messa in opera dei pannelli (la
stessa energia verrebbe erogata da 4 reattori nucleari che richiedono, invece,
un investimento di meno di 10 miliardi di euro). 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 meno dello 0.1% del fabbisogno nazionale tedesco ed è
del tutto insufficiente a sostenere il trend crescente della domanda energetica
(in Germania la prima fonte di produzione di energia elettrica è il carbone,
con oltre il 50%, e al secondo posto c'è il nucleare con quasi il 30%). 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. Va aggiunto che i limiti in termini di kwatt imposti al
decreto lo hanno in pratica reso inutilizzabile dalla maggioranza delle persone
ed enti che presentarono la domanda a tempo debito,impedendo in pratica,per
ora, l'avvio di un processo produttivo legato alla diffusione e l'uso dei
pannelli fotovoltaici in Italia.
Utilizzi
Attualmente i pannelli solari vengono utilizzati per fornire
acqua calda e riscaldamento ad abitazioni e piccoli complessi. Si è tentato di
realizzare 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 (si veda però quanto
detto per i pannelli a concentrazione di ultima generazione). 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) e sconveniente dal punto di vista
organizzativo . 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
sensibili anche alla radiazione infrarossa (invisibile) dei raggi solari e
dunque producono corrente anche in caso di tempo nuvoloso e pioggia. La
quantità d'energia erogata è tuttavia variabile e difficilmente prevedibile,
questa discontinuità rende difficile soddisfare in ogni momento la domanda di
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 impianti intermittenti che
forniscono energia in modo discontinuo, essendo però il picco di produzione
degli impianti ad energia solare in estate esso riesce a controbilanciare la
maggiore domanda domestica dovuta ai condizionatori. L'installazione di
pannelli fotovoltaici 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 kwora. 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 accredito. 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 lo 0.1% 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.
Futuro
Attualmente la maggior parte degli studi si concentrano su
nuove generazioni di celle fotovoltaiche dotate di una maggior efficienza di
quelle attuali o su celle fotovoltaiche dotate di un'efficienza simile a quella
delle celle attuali ma molto più economiche. Studi più ambiziosi puntano alla
realizzazione di centrali solari orbitanti. Queste centrali dovrebbero raccogliere
i raggi solari direttamente nello spazio e trasmettere la potenza assorbita
sulla Terra per mezzo di microonde o raggi laser. Gli attuali progetti di
costruzione prevedono l'installazione di queste centrali nel 2040.
La tecnologia fotovoltaica è indicata per produrre
elettricità in zone isolate, mediante la realizzazione di piccoli impianti.
Attualmente l'evoluzione tecnologica rende possibili anche impianti tipicamente
energetici avvalendosi di sistemi ibridi, come ad esempio fotovoltaico e termico.
A Brindisi, in Puglia, verrà realizzato il parco
fotovoltaico più grande d'Europa (con potenza di 11 MW). Il gruppo industriale
incaricato della costruzione verrà affiancato dalle Università della Puglia.
L'impianto dovrebbe entrare in funzione nel 2010, sul sito dell'ex polo
petrolchimico.
