Energia solare
Alla scoperta dell'energia solare. La terra riceve 174 petawatts (10 15 watt) di radiazione solare nell'alta atmosfera. Circa un mezzo milardesimo di energia che il Sole irradia in continuazione. Non tutte le radiazioni arrivano però al suolo, grazie alla presenza dell'atmosfera che in parte la riflette e in parte la assorbe.
Il ciclo della radiazione solare
Circa il 35% delle radiazioni solari in entrata è riflesso verso lo spazio, si parla in questi casi di radiazione riflessa. Il 14% delle radiazioni solari è assorbita negli strati dell'atmosfera, si parla in questi casi di radiazione assorbita. La presenza dell'atmosfera non riduce soltanto la quantità della radiazione solare verso la superficie terrestre ma anche la sua qualità, contribuendo a diffondere il 20% della luce in più direzioni e alterare lo spettro elettromagnetico della radiazione. Un semplice schema grafico può aiutare a comprendere il flusso dell'energia solare.
Come in qualsiasi sistema aperto la Terra riceve e cede energia. L'energia assorbita dalla Terra (51%) o dall'atmosfera (14%) viene successivamente ripropagata verso lo spazio esterno, sotto forma di radiazione reirradiata. Nel lungo periodo il bilancio energetico della Terra è sempre in equilibrio.
Energia solare e la vita
Durante il suo passaggio l'energia solare dà luogo ai processi di fotosintesi clorofilliana e alla stessa vita sul pianeta. Un composto chiamato clorofilla permette alle piante verdi di assorbire l'energia luminosa per produrre materia vivente e dar inizio alla catena alimentare. Alla loro morte le piante e gli animali sono mangiati da altri organismi, tutto si mescola nel terreno per facilitare la nascita di nuove piante.
La tecnologia per sfruttare l'energia solare
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. Alle latitudini europee l'irraggiamento solare medio è di circa 200 watt/m². Quindi l'irraggiamento solare moltiplicato per ogni metro quadro disponibile permette di determinare una potenza complessiva di 50 milioni di Gw. In altri termini, diecimila volte la quantità di energia utilizzata dall'umanità. Essendo poco concentrata, l'energia solare è tuttavia difficile da convertire in energia utile. Le principali tecnologie in grado di convertire l'energia solare in energia utile sono:
- Pannelli solari
convertono i raggi solari in energia termica per riscaldare un liquido e cedere calore, tramite uno scambiatore, e riscaldare l'acqua sanitaria o per il riscaldamento domestico.
- Pannelli solari a concentrazione
concentrano i raggi solari in un punto tramite un sistema di specchi parabolici, il calore così generato surriscalda un liquido termovettore o un serbatoio fino a 400~ 600°C. Il calore generato può essere riutilizzato per generare forza vapore e quindi elettricità.
- pannelli solari fotovoltaici
si basano sulla caratteristica tipica di alcuni semiconduttori di convertire l'energia elettrica quando sono irraggiati dalla luce solare.
Le applicazioni dell'energia solare
I pannelli solari sono utilizzati per produrre acqua calda e riscaldamento nelle abitazioni. Si tratta di microapplicazioni in grado di compensare parzialmente il ricorso alle caldaie a gas e al riscaldamento domestico. Allo stesso modo i pannelli solari di tipo fotovoltaico, quelli finalizzati alla produzione di energia elettrica, consentono di ridurre la domanda di energia dalla rete elettrica senza tuttavia eliminarla del tutto. La quantità di energia producibile dai pannelli solari ha la caratteristica d'essere intermittente e discontinua. Ad esempio, nelle giornate nuvolose la resa dei pannelli solari si riduce radicalmente, mentre di notte è praticamente nulla. Queste caratteristiche rendono l'energia solare una valida opzione energetica complementare ma non alternativa alla rete. In alcuni casi, i pannelli fotovoltaici possono sostituirsi alla stessa rete elettrica. E' il caso dei dispositivi collocati in zone disabitate o di montagna, non ancora raggiunte dalla rete elettrica (esempio segnaletica stradale luminosa). Questi dispositivi integrano un accumulatore per immagazzinare energia solare durante il giorno e rilasciarla di notte per alimentare il dispositivo elettrico.
Le centrali a energia solare
Sono in corso diverse sperimentazioni per estendere su scala l'applicazione delle tecnologie a energia solare. Le vie finora percorsa sono sostanzialmente due:
- centrali solari a concentrazione
- centrali solari fotovoltaiche
Le centrali solari a concentrazione riflettono i raggi solari con un sistema di specchi, concentradoli verso un unico punto, allo scopo di creare calore da impiegare per far girare delle turbine e generare elettricità. Questi esperimenti sono portati avanti da Enel e da Rubbia nel cosiddetto "Progetto Archimede" nella centrale di Priolo. Al momento la Spagna è molto più avanti dell'Italia nella realizzazione delle centrali solari a concentrazione.
Le centrali solari fotovoltaiche si basano invece sulla tecnologia dei semiconduttori, la stessa utilizzata dai pannelli fotovoltaici per uso privato. Nel caso delle centrali il numero dei pannelli è cento o mille volte superiore a quelli installati su una casa, sono posti in schiera su terreni molto soleggiati, adibiti esclusivamente per ospitarli. La centrale solare di Serpa nel sud del Portogallo è attualmente la più potente solar farm fotovoltaica finora costruita. Ha una capacità di 11 MW e una capacità produttiva di 20 GWh ogni anno, tale da soddisfare il fabbisogno di energia elettrica per 8mila abitazioni ed equivalenti a un risparmio di 30 mila tonnellate di CO2. La centrale solare fotovoltaica è composta da 52 mila moduli fotovoltaici disposti su 60 ettari di terreno. E' stata inaugurata nel marzo del 2007, progettata e realizzata grazie ai contributi dell'Unione Europea.
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