Energia solare Anibaldi Marco, Catervi Lorenzo, Fogante Andrea, Severini Silvia.

Presentazione sul tema: "Energia solare Anibaldi Marco, Catervi Lorenzo, Fogante Andrea, Severini Silvia."— Transcript della presentazione:

1 Energia solare Anibaldi Marco, Catervi Lorenzo, Fogante Andrea, Severini Silvia

2 Indice Storia Tecnologia Utilizzi Costi/kw Impatto ambientale
Celle solari organiche

3 Storia L’energia solare non è certo una scoperta recente, nonostante solo nei giorni nostri stia diventando una fonte di energia importante: in un certo senso si può dire che già ai tempi dei Romani, che avevano concepito dei sistemi di riscaldamento delle abitazioni e dell’acqua basati sull’utilizzo dell’energia solare e dell’effetto serra creato dal vetro, il potenziale energetico del sole era cosa nota all’uomo. Tuttavia, prima che il sole venisse sfruttato in maniera sistematica come fonte di energia rinnovabile, sarebbero dovuti passare secoli, con sviluppi tecnologici repentini alternati a pause di secoli. La storia moderna dell’energia solare inizia tuttavia nel 1839. Edmund Becquerel scoprì il cosiddetto effetto fotovoltaico: mentre conduceva esperimenti su una cella elettrolitica, notò infatti che il platino colpito dai raggi solari produceva una piccola corrente elettrica.

4 Nel 1873 l’inglese Willoughby Smith, facendo esperimenti con il selenio, si accorse che quest’ultimo permetteva il passaggio della luce e dieci anni dopo, l’americano Charles Fritts progettò e realizzò le prime celle al selenio Dal punto di vista teorico, però, non si può dire che le cose stessero ferme. Agli inizi del ventesimo secolo, fu proprio lo studio dell’effetto fotoelettrico che portò Albert Einstein a sviluppare la teoria della doppia natura della luce, energia e materia al contempo, che gli valse il premio Nobel nel 1921. Le applicazioni pratiche dovettero però aspettare l’avvento di materiali che permettessero migliori rendimenti delle celle e fu solo verso la metà del ventesimo secolo, nel 1953 per la precisione, che Gerald Pearson creò la prima cella solare al silicio, molto più efficiente di quella al selenio.

5 Tecnologia L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità (fotovoltaico) o per generare calore (solare termico). Sono tre le tecnologie principali per trasformare in energia sfruttabile l'energia del sole: il pannello solare termico sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche, contenuto nel suo interno, che cede calore, tramite uno scambiatore di calore, all'acqua contenuta in un serbatoio di accumulo. il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici a struttura lineare per concentrare i raggi solari su un tubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore o una serie di specchi piani che concentrano i raggi all'estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di sali che per il calore fondono. In entrambi i casi "l'apparato ricevente" si riscalda a temperature molto elevate (400 °C ~ 600 °C) il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori per produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce.

6 Pannello solare termico
I collettori termici possono essere a circolazione naturale o forzata; i primi utilizzano del liquido contenuto nei pannelli per consentirne la circolazione all'interno del sistema pannello 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 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.

7 Pannello fotovoltaico
I pannelli solari fotovoltaici convertono la luce solare direttamente in energia elettrica. Questi pannelli sfruttano l'effetto fotoelettrico e hanno una efficienza di conversione che arriva fino al 32,5% nelle celle da laboratorio. In pratica, una volta ottenuti i moduli dalle celle e i pannelli dai moduli e una volta montati in sede, l'efficienza media è di circa il 12%. Questi pannelli, non avendo parti mobili o altro, necessitano di pochissima manutenzione: in sostanza vanno solo puliti periodicamente. La durata operativa stimata dei pannelli fotovoltaici è di circa 30 anni. I difetti principali di questi impianti sono il costo dei pannelli. Il secondo ovvio problema di questo genere di impianto è che l'energia viene prodotta solo durante le ore di luce e quindi non è adatta per qualunque situazione, essendo l'elettricità una forma di energia difficilmente accumulabile in grandi quantità. Va rilevato che tuttavia la produzione da solare è maggiore proprio nei momenti di maggior richiesta, cioè durante il giorno e nelle stagioni calde, durante le quali può sopperire all'aumento di consumi dovuto agli impianti di ventilazione e condizionamento. Grazie a una legislazione che prevede incentivi economici all'installazione di impianti fotovoltaici e la possibilità di vendere l'energia prodotta in eccesso al gestore della rete di trasmissione, la Germania è al primo posto in Europa per la potenza elettrica prodotta da energia solare.

8 Utilizzi Attualmente i pannelli solari vengono utilizzati per fornire acqua calda (solare termico) e riscaldamento ad abitazioni e piccoli complessi. Si è tentato di realizzare centrali solari che, utilizzando turbine, convertissero il calore immagazzinato in energia elettrica ma questi esperimenti sono sostanzialmente falliti per la bassa resa di queste centrali rapportate con gli alti costi di gestione e con la discontinuità della fornitura elettrica. I pannelli fotovoltaici vengono utilizzati prevalentemente per alimentare dispositivi distanti dalle reti elettriche, ripetitori telefonici in alta montagna, o con richieste energetiche talmente ridotte che un allacciamento alla rete elettrica risulterebbe antieconomico e sconveniente dal punto di vista organizzativo. Ovviamente questi dispositivi devono essere dotati di accumulatori in grado di accumulare la corrente elettrica prodotta in eccesso durante la giornata per alimentare le apparecchiature durante le ore notturne e durante i periodi nuvolosi.

9 Costi/kw Una famiglia di 4 persone vive in media con un impianto energetico di 2KW di picco, possiamo affermare che con un impianto a pannelli fotovoltaici di 2KW/h in media è sufficiente. Per un impianto di 2KW/h necessitiamo di circa 10 pannelli da 200 W e 15 metri di superficie, ad un costo di circa €. Con la compagnia elettrica avremmo speso in un anno di corrente circa 442€ , circa 0,17 € per ogni KW/h (che sono circa 2600 KW/h in un anno), e grazie agli incentivi avremmo recuperato per impianti di 2600 KW/h : Non integrati, cioè ubicati al suolo 0,392 € *2600=1019 anno€; Semi-integrati, cioè posizionati in appoggio su coperture già esistenti (es. tetti) 0,431€*2600=1120 anno€; Integrati, nei quali i moduli fotovoltaici sono posizionati su tetti, pensiline o qualsiasi altro elemento edilizio o di arredo urbano in modo tale da sostituire la funzione della copertura originale 0,480€ *2600=1249€ anno. Approssimando una ritorno economico in 10 anni avremmo recuperato circa 15000 € a fronte dei € utilizzati per l’impianto, superati i 10 anni avremmo solo guadagno.

10 Impatto solare ambientale
L’energia solare, come tutte le fonti rinnovabili, è una energia pulita perché il suo sfruttamento si integra perfettamente nei cicli naturali. Pur avendo effetti ambientali ben visibili (pensiamo alla vastità delle superfici nella quali vengono posizionati i pannelli solari), non produce emissioni inquinanti e non altera gli equilibri ambientali. Allo stato attuale, l’impiego dell’energia solare è sufficiente a soddisfare solo una parte esigua delle necessità energetiche.

11 Celle solari organiche
l campo delle celle solari organiche comprende tutti quei dispositivi la cui parte fotoattiva è basata sui composti organici del carbonio. La struttura base di una cella organica è semplice: essa è detta "a sandwich" ed è composta da un substrato, generalmente vetro ma anche plastica flessibile, e da una o più sottilissime pellicole, che contengono i materiali fotoattivi, frapposte tra due elettrodi conduttivi. Le celle organiche più efficienti, ispirandosi al processo di fotosintesi clorofilliana, utilizzano una miscela di materiali in cui un pigmento assorbe la radiazione solare e gli altri componenti estraggono la carica per produrre elettricità. La gamma di pigmenti che possono essere impiegati include quelli a base vegetale, come le antocianine derivate dai frutti di bosco, i polimeri e le molecole sintetizzate in modo da massimizzare l'assorbimento dello spettro solare.

12 FINE