Fonti energetiche rinnovabili Solare termodinamico

Solare termodinamico I sistemi solari termodinamici producono energia elettrica dalla componente termica della radiazione solare. Poiché questi sistemi si basano sul ciclo termico di un fluido che attiva il funzionamento di una macchina termica il cui movimento viene successivamente trasformato in energia elettrica, e poiché l’efficienza di ciclo termico aumenta all’aumentare della temperatura, è conveniente lavorare a temperature più elevate e quindi concentrare i raggi del sole attraverso dei sistemi di specchi. Per la produzione di energia da immettere in rete vengono utilizzati: Sistemi a collettori parabolici lineari; Sistemi a torre; mentre per la produzione destinata a piccole comunità isolate sono utilizzati i sistemi a concentrazione puntiforme (specchi parabolici).

Sistemi a collettori parabolici lineari Denominati con il termine SEGS ( Solar Eletric Generating System) essi sono usati per focalizzare su un singolo asse i raggi solari su un lungo tubo ricevente posizionato lungo la linea focale dei concentratori. Un fluido termovettore,  pompato attraverso i tubi ricevitori, alimenta una stazione di potenza localizzata centralmente. Il calore solare è trasformato in vapore allo scopo di far funzionare un turbo-generatore elettrico.  Le temperature sviluppate vanno da 400 a 600°C dipendentemente dal fluido termovettore utilizzato. Tali impianti oggi hanno dimensioni tipiche dell’ordine da 30 a 80 MW, questi impianti possono essere ibridi, cioè abbinati ad una caldaia alimentata a combustibili fossili (gas naturale nel miglior caso) per regolare il carico e le temperature in mancanza di sole Sistemi a collettori parabolici lineari

Sistemi a torre Un sistema di specchi che inseguono il moto del sole su doppio asse, chiamati eliostati, riflettono l’energia solare su di un ricettore montato in cima ad una torre localizzata al centro. Il calore solare è raccolto da un fluido, ad esempio un nitrato fuso, che ha anche la funzione di accumulo di energia. Con il calore accumulato nei sali fusi si produce del vapore (565 °C), allo scopo di fare girare un turbo-generatore elettrico. Le torri solari sono particolarmente adatte alla produzione centralizzata di energia nell’intervallo di potenza da 100 a 200 MWatt elettrici.

Sistemi a concentrazione puntiforme Consistono in uno specchio parabolico mobile per seguire il moto del sole e riflettente i raggi solari nel punto focale, dove sono assorbiti dal ricevitore. Il calore assorbito è trasferito (a 750 °C) da un sistema fluido-vapore (ad esempio sodio) al motore-generatore, ad esempio un motore lineare tipo Stirling. Le dimensioni dei singoli moduli possono variare nell’intervallo da 5 a 50 kW, con una serie di tali concentratori si possono realizzare impianti di qualsiasi taglia e potenza. Concentratore solare con motore ciclo Stirling al ricevitore, la potenza di picco è di 10 kW, proprietà di Sandia’s National Solar Thermal , installato ad Albuquerque, New Messico.

Motore Stirling Il motore funziona a ciclo chiuso utilizzando un gas come fluido termodinamico (solitamente aria, azoto oppure elio o idrogeno nelle versioni ad alto rendimento). Quando è raggiunta una opportuna differenza di temperatura tra il suo punto caldo ed il punto freddo ed è opportunamente avviata, si innesca una pulsazione ciclica, di norma trasformata in moto alternato dei pistoni, che perdura fin quando si continua a fornire calore. Una particolarità di questo motore è quella di funzionare senza fare ricorso a valvole. Le sole parti in movimento sono il pistone ed il dislocatore che agiscono collegati ad un albero motore con una coppia di gomiti sfasati tra loro di 90 gradi. È probabilmente uno dei più interessanti motori a combustione esterna per la sua bassa manutenzione, la sua silenziosità e la possibilità teorica di raggiungere rendimenti vicini a quello teorico per cicli termodinamici. È possibile utilizzare la luce solare concentrata, ad esempio tramite uno specchio parabolico, per produrre la differenza di temperatura necessaria.