ENERGIA SOLARE

Il Sole Il Sole è la stella più vicina alla Terra, dalla quale dista in media149.596.850 km. Se paragonata alle altre stelle dell’Universo il Sole è di piccole dimensioni e di modesta luminosità, ad evoluzione assai lenta, dell’ordine di miliardi di anni. Il Sole è situato a circa 32.600 anni luce dal centro della galassia nota col nome di Via Lattea, sull’orlo interno del Braccio di Orione. È animato da una rotazione su se stesso a velocità angolare differenziata e da un moto di rivoluzione, attorno al centro della galassia che compie in 273 milioni di anni, ad una velocità orbitale di 240 km/s. La sua massa è di 1.99X 1033 g, cioè 332.270 volte la massa terrestre, costituendo da solo il 99% della massa totale del sistema solare. Il diametro appartenente del sole è di 1.392.000 km, vale a dire 109 volte il diametro della Terra. La sua densità media è di 1.41, mentre quella della Terra è di 5.5, ma è stato calcolato che all’interno è di 120. La gravità media sarebbe 27.9 volte quella della Terra. 1 2 4 3 Il sole è formato da: 1) Fotosfera; 2) Zona convettiva; 3) Nucleo; 4) Zona radioattiva; 5) Protuberanze solari; 6) Macchie solari 6 5

Energia solare La luce del sole è la più grossa risorsa energetica del mondo e per migliaia di anni gli esseri umani hanno usato efficacemente l'energia solare per trarne luce e calore e per far crescere i raccolti. In meno di 40 minuti, gli Stati Uniti ricevono più energia dal Sole di quanta non ne ottengano bruciando combustibili fossili per un anno! Sebbene la luce del sole possa essere raccolta da pannelli solari e utilizzata per il riscaldamento delle abitazioni e la fornitura domestica di acqua calda, i raggi solari non concentrati non sono abbastanza potenti da costituire un efficiente sistema di produzione dell'energia. La quantità di energia solare disponibile sulla superficie terrestre è pari a circa 1kW di energia termica per metro quadro. L'idea di utilizzare un gran numero di pannelli riflettenti (detti eliostati) o specchi a più facce per concentrare la radiazione solare ha una storia antica che risale almeno al 212 a.C., quando Archimede, nell'antica Siracusa, utilizzò degli scudi di bronzo lucidati per focalizzare i raggi del sole sulle vele delle navi romane, incendiandole. In linea teorica, utilizzando specchi e lenti, si potrebbe raggiungere la temperatura della superficie del Sole.

L’energia solare rispetto ad altre fonti ha molti vantaggi: È inesauribile, durerà fino a quando ci saranno Sole e Terra. È pulita, perché ci arriva attraverso i raggi del sole. È abbondante, perché con una piccola parte di essa attenuerebbe il bisogno di energia di tutti i paesi del mondo. Non costa nulla come materia prima. …Ma anche alcuni svantaggi : È discontinua nel tempo perché la riceviamo in certe ore della giornata con intensità diversa da luogo a luogo. 2) È diluita, infatti, il nostro corpo la può ricevere per molte ore senza ustionarsi. Per raccoglierla in quantità elevate bisogna usare milione e milioni di apparecchi su vaste superfici nel territorio, però il costo di questi apparecchi è elevatissimo. Per produrre energia dal sole costerebbe dieci volte del normale. Nessuno pagherebbe una bolletta dieci volte superiore del solito!

Energia termica solare La quantità di energia irradiata dal Sole è assolutamente enorme e la superficie terrestre ne cattura solo una piccola parte. Raccogliendo una piccola parte di questa piccola parte, possiamo focalizzare l'energia in una piccola area utilizzando specchi curvi e riscaldare così un fluido. Questo fluido può poi essere usato per riscaldare l'acqua e il vapore così prodotto può alimentare una turbina per la produzione di elettricità. Poiché l'acqua è riscaldata in modo indiretto, nelle ore di buio, quando il Sole va a dormire, altri combustibili possono essere bruciati per produrre il vapore necessario ad alimentare la turbina. Sono necessarie competenze diverse per lo sfruttamento dell'energia solare: ingegneri elettronici progettano i pannelli fotovoltaici che generano l'elettricità e, mediante lo studio dei materiali che li compongono, la loro efficienza viene accresciuta continuamente.Gli impianti che convertono il calore in energia elettrica sono molto complessi e contengono vari sottosistemi che richiedono differenti tecnologie. In quelli più semplici, ingegneri ambientali possono progettare sistemi misti per riscaldare le abitazioni sfruttando l'energia solare assorbita, ad esempio, da tegole speciali poste sul tetto e assicurandosi, contemporaneamente, che il sistema di riscaldamento tradizionale della casa fornisca il calore in più eventualmente necessario.

Il destino della radiazione solare Non tutta la energia che dal Sole arriva al nostro pianeta può giungere al suolo per essere da noi utilizzata: una buona parte infatti si perde negli strati dell’ atmosfera rimanendo assorbita dal vapore acqueo delle nuvole. Un’altra parte invece torna nello spazio perché viene riflessa dalle superfici chiare della Terra (ghiacciai, deserti..) e dalle nuvole stesse e prende il nome di Albedo Radiazione fuori dall’ atmosfera (incidente) Radiazione riflessa Quella che noi possiamo utilizzare è la radiazione che giunge al suolo ed è composta dalla radiazione diretta e da quella diffusa che insieme rappresentano circa il 47 % della energia incidente. Essa può essere sfruttata per scaldare fluidi a temperature basse, medie o alte o per produrre direttamente elettricità con i pannelli fotovoltaici Radiazione reirraggiata Radiazione diffusa Radiazione assorbita Radiazione diretta al suolo

Basse temperature : Le temperature tra i 50 e i 90° c, inferiori alla temperatura di ebollizione dell’acqua, adatte a riscaldare superfici piane. Il sistema più usato è il collettore piano detto pannello solare, composto da : 1) Lastra trasparente, lastra di vetro che fa passare le radiazioni; 2) Assorbitore, piastra di rame (buon conduttore), con molti canali dove circola un fluido (acqua o aria). Il sole scalda quindi la piastra ed i il fluido mediante tubi viene portato all’esterno fino all’apparecchio utilizzatore; 3) Isolante termico, impedisce la dispersione del calore; 4) Contenitore, scatola contenente tutti gli elementi precedenti. Il pannello solare è usato nella maggior parte dei casi per riscaldare l’acqua nelle abitazioni civili.

Medie temperature: Si ottengono temperature superiori a quella dell’ebollizione dell’acqua. Per convertire il calore in queste temperature si usa il cilindro o canale parabolico, composto da: ·  Superficie a specchio, lastra curva con sezione a parabola ricoperta da specchi. ·  Ricevitore o caldaia, un tubo orizzontale posto sulla parabola nella opportuna posizione e al cui interno corre un fluido scaldato dai raggi riflessi fino a circa 400°C che serve per produrre il vapore che fa girare la turbina per produrre elettricità. ·  Meccanismo di puntamento ad orologeria, fa ruotare il cilindro per seguire il movimento del sole. Specchio parabolico Ricevitore

Alte temperature Si ottengono tramite gli eliostati (specchi piani) che concentrano la luce del sole su una caldaia situata sopra una torre. Ogni eliostato possiede meccanismo per inseguire il sole durante la giornata. La concentrazione del sole fa evaporare l’acqua che circola nei tubi della caldaia a temperature di circa 1500°C. Il vapore viene convogliato nelle turbine che poi azionano l’alternatore. Ad Ardano (vicino Catania, Sicilia) è stata costruita in via sperimentale una centrale composta da 152 eliostati di 52 cm2. Essa occupa una superficie di circa 4 ettari ed con pieno sole e cielo limpido produce una potenza massima di 1 MW. I costi per l’impianto sono elevatissimi perché è difficile mantenere inalterate le ottiche degli specchi giacché sono continuamente esposte al calore o alla pioggia. Fornace solare

Collettori solari piani (pannelli solari) Torre solare con eliostati Concentratore parabolico indipendente Cilindri parabolici ad inseguimento

Celle fotovoltaiche Servono per convertire l’energia solare in energia elettrica. Una cella fotovoltaica è una lastrina di silicio (semiconduttore) di solito circolare al cui interno ci sono dei fili conduttori. Quando la luce colpisce la cella nasce una timida corrente elettrica che dai fili verrà portata all’esterno per l’utilizzazione. Il rendimento teorico sarebbe del 25%, ma quello reale è del 14%. La durata delle celle è notevole perché le prime applicazioni sono avvenute 30 anni fa e sono ancora in funzione. Il costo delle celle è un ostacolo perché anche se il silicio è abbondante e economico, però la tecnologia di per produrre grossi cristalli di silicio è elevata, infatti, sono usati nei motori spaziali. Applicazioni dell’ energia fotovoltaica in Africa

La centrale solare fotovoltaica La centrale è molto simile a quella a eliostati, solo che non ci sono la caldaia, la turbina e l’alternatore e gli eliostati, ma ci sono pannelli con migliaia di celle fotovoltaiche collegate in serie ad un alternatore. Attualmente le centrali non superano la potenza di 100 MW. Quest’elettricità costerebbe 10 volte di più rispetto a quella normale.