L'energia solare.

Presentazione sul tema: "L'energia solare."— Transcript della presentazione:

1 L'energia solare

2 Il termine energia solare sta a indicare un’insieme di tecnologie volte allo sfruttamento dell’energia proveniente dal Sole,sia direttamente (conversione fotovoltaica,riscaldamento solare,riscaldamento passivo,conversione elio-termo-elettrica), sia indirettamente attraverso l’energia eolica e le biomasse. L’energia solare è una fonte energetica ideale per pulizia e rinnovabbilità, ma il suo sfruttamento pone problemi legati all’incostanza dell’irraggiamento (dovuta ai fenomeni atmosferici e stagionali) e alla sua scarsa concentrazione per unità di superficie.

3 Il riscaldamento terrestre
L’energia solare è un’ energia elettromagnetica prodotta dal Sole, che raggiunge la Terra in quantità di circa milioni di milioni di watt (8 terawatt) ogni anno (15000 volte l’attuale consumo di energia da parte dell’uomo). Solo una piccola parte di questa energia diviene realmente disponibile per sostenere la vita sul nostro pianeta, e una frazione ancora più modesta è usata dall’uomo per i suoi fabbisogni

4 Ogni istante il Sole trasmette all’esterno dell’atmosfera terrestre 1367watt /m2. Ma l’irraggiamento solare sulla superficie terreste mediato sulle 24h 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, ma poco concentrata, e piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile con efficienze accettabili. Per il suo sfruttamento occorrono prodotti in genere di costo elevato che rendono l’energia solare ancora notevolmente costosa rispetto ad altri metodi di generazione dell’energia.

5 Risorse globali di energia solare.
I colori sulla mappa indicano l’energia media che raggiunge la Terra, in un periodo orientativo di tre anni per 24 ore al giorno, tenendo conto anche della copertura nuvolosa indicata dai satelliti meteorologici. La scala è in watt /m2. L’area necessaria per fornire energia equivalente alla richiesta primaria di energia attuale è indicata dai dischetti scuri.

6 APPLICAZIONI STORICHE
Un esempio storico famoso mostra come l’energia solare abbia da sempre interessato gli scienziati Il matematico e fisico greco Archimede (III sec. a.C..) fu tra i primi a utilizzare l’energia solare,riuscendo a incendiare le navi romane con una serie di specchi metallici focalizzava i raggi sulle imbarcazioni. A Parigi,nel giardino delle Tuileries,si svolse nel 1882 un esperimento per azionare una macchina con l’energia solare. L’impianto si basava su un paraboloide rivestito di specchi che raccoglieva i raggi e li concentrava sulla caldaia centrale. L’acqua,circolando all’interno, si trasformava in vapore e metteva in movimento lo stantuffo di un motore. La sua ruota motrice azionava con una cinghia una macchina per stampare giornali. L’esperimento non ebbe seguito, perché a quei tempi il carbone, molto più diffuso, costava pochissimo.

7 TECNOLOGIE Tra le tecnologie principali per utilizzare l’energia solare possiamo ricordare: Il pannello solare Convertitore elio-termo-elettrico Il riscaldamento passivo Il pannello fotovoltaico

8 Il pannello solare L’energia solare può essere convertita in calore attraverso i pannelli solari, che riscaldano a temperatura relativamente bassa (inferiore a 100 °C) l’acqua usata per usi igienici e per il riscaldamento. Il pannello solare (o collettore termico) sfrutta i raggi solari per scaldare una superficie metallica ; il calore viene poi ceduto a un liquido termovettore con speciali caratteristiche (acqua e antigelo/antiebollizione), che circola in una serpentina, e successivamente, viene trasferito al sistema utilizzatore ad esempio l’acqua dell’impianto di riscaldamento domestico.

9 Questo impiego dell’energia solare può avvenire solo su piccola scala, ma la sua diffusione, specie un comunità e in ambienti idonei, può consentire notevoli risparmi energetici.

10 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.

11 Conversione elio-termo-elettrica
È un metodo di conversione dell’energia solare in energia elettrica. La luce solare viene concentrata tramite specchi su un fluido che , così riscaldato, produce vapore in uno scambiatore di calore. Il vapore entra poi in un ciclo di produzione dell’energia elettrica di tipo convenzionale, basato sul binomio turbina-alternatore.

12 Il riscaldamento passivo
Un sensibile risparmio si ottiene anche con il riscaldamento passivo, una tecnica costruttiva architettonica che permette di massimizzare il riscaldamento di un edificio nei momenti di minima insolazione e di ridurre il riscaldamento degli ambienti nei momenti di massima insolazione.

13 Conversione fotovoltaica
Alcune sostanza particolari e opportunamente trattate (semiconduttori) generano corrente elettrica per effetto fotovoltaico quando sono esposte alla luce solare. I sistemi fotovoltaici non possiedono parti in movimento,non necessitano di manutenzione e non fanno uso di acqua: possono pertanto essere installati anche in luoghi aridi o isolati. Inoltre gli impianti fotovoltaici possono essere realizzati in taglie estremamente variabili e quindi adattabili alle varie esigenze. Il rendimento delle celle fotovoltaiche è circa del 10%, ma celle sperimentali ad arseniuro di gallio-antimoniuro di gallio sono in grado di raggiungere un’efficienza superiore al 30%. Il costo di produzione dell’energia elettrica con questo metodo è circa cinque volte quello di produzione con metodi convenzionali, ma si sta progressivamente abbassando con il raffinarsi della tecnologia.

14 Il pannello fotovoltaico converte la luce solare direttamente in energia elettrica. Esso viene detto anche cella solare ed è realizzato con sottili lamelle di silicio cristallino,arseniuro di gallio o altri materiali semiconduttori. Questi pannelli sfruttano l'effetto fotoelettrico e hanno un efficienza di conversione che arriva fino al 32,5% nelle celle da laboratorio. Una volta montati in sede, l'efficienza media è di circa il 15%. Non avendo parti mobili o altro necessitano di pochissima manutenzione. In sostanza vanno puliti solo 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. 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. Il conto energia (coll it a file word))

15 Il Conto Energia Queste iniziative, comunemente note come Conto Energia o Feed-in tariff, sono state intraprese da diversi stati europei ( direttiva europea 2001/77/CE), 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 causa del ministro preposto al Ministero delle attività produttive al momento della sua emanazione. 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. Purtroppo 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. (su file word)

16 Esistono due tipi di sistemi fotovoltaici:
Gli impianti senza accumulo e collegati alla rete elettrica (grid connected) e quelli con accumulo (stand alone). Questi ultimi sono provvisti di accumulatori per “mettere in serbo ”, durante il giorno e specialmente nelle ore di sole, l’energia elettrica da utilizzare poi durante la notte e quando il sole è coperto.L’energia viene conservata in batterie (normalmente piombo-acido) ed un regolatore di carica impedisce che la tensione di carica superi un certo valore per salvaguardare l’integrità degli accumulatori. 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.

17 Utilizzi Attualmente i pannelli solari vengono utilizzati per fornire acqua calda e riscaldamento ad abitazioni e piccoli complessi. 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

18 In pratica... PER OTTENERE BASSE TEMPERATURE INFERIORI AI 100 °C
Si utilizzano collettori piani o a pannello (chiamati anche collettori senza concentrazione), costituiti da tre elementi posti in un contenitore: 1. una lastra trasparente di vetro che fa filtrare le radiazioni in entrata ma blocca quelle in uscita creando l’effetto serra, 2. un assorbitore in rame nel quale sono ricavati molti canali in cui “passa” un fluido, 3. un isolante termico che impedisce la dispersione del calore. Quando il sole scalda la piastra, anche il fluido si riscalda e viene portato all’esterno con un sistema di tubi. Oltre alla radiazione diretta, i collettori piani convertono in calore anche la radiazione diffusa, che non deve essere trascurata perché può arrivare a più del 20% di quella diretta. L’uso di questi collettori investe prevalentemente la produzione di acqua calda (per uso civile, agricolo, industriale) e di aria calda (per riscaldamento di ambienti).

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20 PER RAGGIUNGERE MEDIE TEMBERATURE comprese tra i 100 e i 300 °C
Si usano collettori a concentrazione: uno di questi è il cilindro parabolico, costituito da due elementi: 1. una superficie riflettente formata da una lastra di specchi a parabola, 2. una caldaia in cui sono concentrati i raggi del sole e “piena” di un fluido. Inoltre, è dotato di un meccanismo che permette di seguire il corso del sole. Quando i raggi colpiscono la parabola, essi sono riflessi verso la caldaia che in questo modo riscalda il fluido, trasportato all’esterno da tubi. Questo sistema è utilizzato per azionare motori solari come pompe per il sollevamento dell’acqua e compressori: in questo caso il calore fa evaporare un gas che aziona i pistoni.

21 PER OTTENERE ALTE TEMPERATURE superiori ai 500 °C,
Si usano delle centrali formate da un campo specchi: sono costituite da moltissimi specchi, chiamati eliostati, che, a mezzo di un sofisticato sistema, inseguono automaticamente il sole nel suo moto apparente intorno alla terra e riflettono e concentrano i raggi del sole su una caldaia posta sulla sommità di una torre. Quando il sole colpisce un eliostato, questi riflette i raggi verso la caldaia e fa evaporare l’acqua ivi contenuta: il vapore così ottenuto è inviato alla turbina, collegata a un generatore in modo da creare energia elettrica. Queste centrali, dette eliotermoelettriche, sono usate solamente per produrre energia elettrica, ma sono poco diffuse perché presentano alcuni inconvenienti: - stando all’aria aperta gli specchi si sporcano e si ossidano molto facilmente, - col passare del tempo è sempre più difficile garantire la precisione di puntamento di ogni eliostato.

22 Le centrali CENTRALE ELETTRICA TERMICA
Esistono centrali elettriche termiche che funzionano tramite l’utilizzo di questi pannelli. PROBLEMI E VANTAGGI Le centrali solari devono far fronte alla non continua presenza della fonte energetica, questa forma di energia è infatti dipendente dalle condizioni atmosferiche come la presenza di nubi o pioggia. Gli impianti più moderni infatti prevedono di stoccare il fluido ad alta temperatura in appositi serbatoi isolati,che permettono di far funzionare le turbine non solo durante la notte ma con una autonomi di alcuni giorni in caso di cattivo tempo. Questi impianti hanno comunque la possibilità di essere alimentati a gas nel caso le condizioni sfavorevoli perdurino. Queste centrali vengono preferibilmente collocate in luoghi molto assolati (i deserti, la California,la Sicilia,ecc)

23 Esiste una seconda tipologia di centrali termiche che non utilizza pannelli solari ma specchi.
Gli specchi vengono puntati verso un serbatoio poso alla sommità di una torre. La luce concentrata dagli specchi fa evaporare il liquido contenuto nel serbatoio che inviato alla turbina e alla dinamo per generare energia elettrica. Questa seconda tipologia di centrale termica consente di raggiungere temperature maggiori e quindi consente di utilizzare come liquido altri elementi oltre all’acqua innalzando l’efficienza complessiva del sistema. Gli specchi solari attuali per funzionare correttamente richiedono di essere correttamente puntati rispetto al Sole e quindi sono presenti sistemi motorizzati che provvedono a far mantenere l’orientamento corretto.

24 Centrale fotovoltaica
L’attuale tecnologia fotovoltaica non è ancora competitiva con gli altri sistemi:il costo dell’energia ottenuta da sistemi fotovoltaici è 8 volte superiore al costo dell’energia ottenuta da centrali solari termoelettriche. Una maggiore diffusione delle applicazione FV permette una notevole riduzione dei costi,per effetto delle economie di scala,l’esempio è dato dalla Germania e dal Giappone dove in questi anni sono stati installati numerosi sistemi FV ed i costi sono inferiore. Questa tipologia di centrale ha un’efficienza compresa tra i 14 e i 25%.

25 Pro e contro 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 . 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.

26 Gli svantaggi e i vantaggi
Notevoli sono i lati positivi di questa fonte di energia, non ci sono emissioni inquinanti o di gas serra, non è necessario il trasporto di combustibili, non si producono come nel caso del nucleare scorie di cui al momento non disponiamo siti adatti allo smaltimento, la centrale non è pericolosa per gli abitanti nei dintorni, e non si presta a pericolosi attentati terroristici. Costo Anche il fattore costo, che appare uno svantaggio se ripetuto con quello che è il costo ambientale delle fonti fossili (inquinamento, effetto serra, frequenza di eventi atmosferici estremi), va riconsiderato e valutato sulla base degli scenari futuri.

27 Le nuove tecnologie Negli ultimi anni gli studiosi sulla Non imaging Optics “ottica senza ricostruzione dell’immagine “permettono già ora di costruire concentratori parabolici fissi,(in inglese CPC Compound Parabolic Concentrator) che accettano angoli di ingresso per la radiazione solare anche di 55 gradi. Gli impianti di ultima generazione, come quello di Prioli in Sicilia (progetto Archimede), utilizzando dei Sali fusi come liquido convettore, riescono a raggiungere temperature di 550 gradi permettendo l’utilizzo delle stesse tecnologie delle centrali tradizionali e quindi sia la possibilità di essere affiancati ad impianti esistenti , sia una riduzione dei costi grazie all’utilizzo di componenti standard.

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29 ...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.

30 Libri e Link wikipedia

31 Fatto da: Ricci Noemi Lamberti Giulia Abate Giulia Fabbiani Lucia
Giovannelli Michela Milo Silvia Falcone Maira Lunghi Jessica Del Vecchio Martina Basso Elena