L'ENERGIA SOLARE

La radiazione solare è l'energia radiante emessa nello spazio interplanetario dal Sole, generata a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo solare e che producono radiazioni elettromagnetiche a varie frequenze o lunghezze d'onda, le quali si propagano poi nello spazio alle velocità tipiche di queste onde, trasportando con sé energia solare.

IL SISTEMA SOLARE

LE RADIAZIONI SOLARI SULLA TERRA L'energia solare è la fonte primaria di energia sulla Terra, essa è l'energia radiante emessa dal Sole a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo solare, che producono radiazioni elettromagnetiche.

Il sole e lo spettro solare Energie derivate dall’energia solare Energia termica derivante dalla combustione del legno; Energia termica derivante dalla combustione di carbone, idrocarburi, gas naturale; Energia idroelettrica; Energia Eolica; Energia del moto ondoso.

VANTAGGI E SVANTAGGI Vantaggi: È una fonte di energia praticamente illimitata. Non inquina l’ambiente. l'energia solare è praticamente disponibile ovunque sul pianeta. Svantaggi: La discontinuità (alternanza giorno/notte, stagioni e condizioni meteorologiche), che obbliga ad utilizzare sistemi di accumulo dell'energia. La bassa densità energetica che rende necessario l'impiego di ampie superfici di raccolta. Alto costo di installazione.

Mappe delle risorse solari Carta della massima energia radiante (mese di gennaio) (mese di agosto)

Come sfruttarla Effetto termico delle radiazioni solari: Effetto elettromagnetico:

l'effetto termico della radiazione solare consiste nel riscaldare un fluido(in genere acqua o aria) mediante le radiazioni solari, captate da appositi pannelli. L'acqua o l'aria calde così ottenute possono poi essere utilizzate in svariate applicazioni civili e industriali. Questa tecnologia è oggi abbastanza diffusa, in quanto di semplice applicazione ed economicamente conveniente.

l'effetto elettromagnetico della radiazione solare si usa per convertire, mediante appositi dispositivi, energia della radiazione solare in energia elettrica (conversione fotovoltaica). La conversione fotovoltaica sfrutta la capacità di alcuni elementi (per esempio il silicio) o del potere riscaldante del sole se concentrato in un unico punto (tramite specchi) di trasformare direttamente la radiazione solare in elettricità.

Effetto termico delle radiazioni solari Produzione di calore a bassa temperatura < 100° C Produzione di calore ad alta temperatura > 100° C

Produzione di calore a bassa temperatura < 100° C Il Pannello solare

I vantaggi: permettono di riscaldare l'acqua sanitaria per l'uso quotidiano senza utilizzare gas o elettricità. Si basano su un principio molto semplice: trasformare i raggi provenienti dal Sole in calore per il riscaldamento o la produzione di acqua calda che può arrivare fino a 70° in estate, ben al di sopra dei normali 40°-45° necessari per una doccia.

PANNELLI SOLARI VETRATI Sono composti dal pannello(in vetro) che assorbe e trattiene l'energia solare; Hanno un serbatoio di accumulo dell'acqua (o dell'aria); Si utilizzano in ogni stagione e per periodi lunghi; Sono resistenti e adatti ad integrare l'impianto di riscaldamento; I più semplici sono costituiti da un monoblocco con serbatoio e collettore insieme; Sono realizzati con tecnologie avanzate e complesse(per questo hanno un costo superiore rispetto ai pannelli non vetrati); Sono adatti in giardino o su terrazzi.

Funzionamento di un pannello solare

Produzione di calore ad alta temperatura > 100° C Il sistema a Torre La centrale termodinamica a concentrazione che avviene mediante un sistema di grandi specchi (eliostati) orientabili, che riflettono i raggi solari concentrandoli su una caldaia posta alla sommità di una torre. Il fluido riscaldato diventa poi vapore e permette la rotazione di turbine che generano energia elettrica.

Il sistema a collettori parabolici lineari Produzione di calore ad alta temperatura > 100° C Il sistema a collettori parabolici lineari

Collettori parabolico-cilindrici Caratteristiche geometriche Sezione con piano normale all’asse focale F = fuoco della parabola; AB = corda della parabola.

Effetto luminoso delle radiazioni solari Conversione fotovoltaica

Le celle fotovoltaiche, dette anche pile solari, trasformano direttamente l'energia luminosa dei raggi solari in energia elettrica. In esse si sfrutta l’effetto fotoelettrico, per il quale una piastra metallica, esposta alla luce, emette cariche elettriche (elettroni); la piastra è formata da speciali materiali come il silicio o l'arseniuro di gallio, detti semiconduttori.

Esempi di “cella fotovoltaica” Le comuni celle al silicio, di forma quadrata e di 10 cm di lato, possono fornire una potenza di 1,5 watt alla tensione di circa 0,6 volt. Per ottenere un modulo fotovoltaico con una potenza di 50-100 watt è necessario collegare più celle tra loro.

Funzionamento di una Centrale fotovoltaica https://www.youtube.com/watch?v=PNK-LGwHRMQ

Esempi di installazioni fotovoltaiche

Sistemi fotovoltaici Sistemi isolati Sistemi collegati alla rete elettrica

Sistemi isolati Gli impianti fotovoltaici sono in grado di risolvere efficacemente i problemi relativi all'alimentazione elettrica di utenze particolari, come quelle in località distanti dalla rete di distribuzione e quelle difficilmente raggiungibili. Tipici esempi sono le abitazioni poste sulle isole minori, quelle situate in zone rurali, montane e nelle riserve naturali, oppure gli usi speciali legati alle telecomunicazioni e ai dispositivi di segnalazione o rilevamento. È necessario dotare questi impianti isolati di un sistema di accumulo che possa fornire energia elettrica nelle ore notturne o con basso irraggiamento. Normalmente il sistema di accumulo è costituito da una batteria di accumulatori al piombo.

Sistemi collegati alla rete elettrica Sono impianti stabilmente collegati alla rete elettrica. 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, la parte eccedente viene trasferita alla rete. Un dispositivo, detto inverter, trasforma l'energia elettrica da corrente continua prodotta dal sistema fotovoltaico, in corrente alternata presente sulla rete. Negli impianti integrati negli edifici vengono installati due contatori per contabilizzare gli scambi tra l'utente e la rete.