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APPROFONDIMENTO SULL'ENERGIA SOLARE

a cura dell' Ing. Angelo Rizzo

Questa sezione vuole essere una carrellata sui principali sistemi di utilizzo dell'energia solare ed è suddivisa in due sezioni: Termosolare e Fotovoltaico; per la realizzazione di questa pagina si ringrazia il sito: http://www.energoclub.it

 

 

 

Termosolare 

                     Riscaldamento termosolare

 

Le tecnologie termosolari si possono considerare mature per una adozione diffusa e conveniente, ci sono configurazioni e soluzioni per tutte le regioni climatiche e per tutte le esigenze termico-logistiche, residenziali, commerciali e produttive-industriali.

In genere non sono autonome, in quanto non sempre c'è sole sufficiente per le esigenze termiche, ma possono efficacemente essere integrate nel sistema termico preesistente o meglio ancora integrate in un sistema termico ad hoc anche per la climatizzazione estiva come nel caso dei sistemi ad assorbimento. In questi casi possono comunque soddisfare fino all'80% la necessità di energia termica.

impianto termosolare

 

Una soluzione per ogni situazione

Tutti gli edifici che dispongono di uno spazio soleggiato (tetto inclinato, tetto terrazzato, giardino, ecc.) possono essere dotati di un impianto solare per la produzione di acqua calda sanitaria.

Il costo dell’installazione è tanto più basso quanto più facile è l’accesso a tali luoghi. Un tetto terrazzato o un giardino ben soleggiato sono in genere da preferire, ma va bene anche un tetto con tegole.

Occorre prestare particolare attenzione a posizionare nel modo migliore il pannello solare. Bisogna scegliere la posizione che offre la migliore insolazione, ma anche le zone più facilmente accessibili e meno critiche negli ancoraggi, in questo modo si risparmia sui costi di installazione.

I pannelli solari devono essere rivolti preferibilmente verso Sud, con una tolleranza di deviazione verso Est o verso Ovest di 30°, ed essere inclinati di circa 35-40° rispetto al piano orizzontale. Tale oscillazione terrà conto della posizione geografica: l’optimum è 30° per l’Italia meridionale e 35-40° per l’Italia settentrionale.

Ogni installazione di pannelli solari presenta problemi specifici, tutti risolvibili, ma che vanno affrontati consultando e chiedendo preventivi di spesa ad imprese e installatori qualificati.

 

Collettori a tubi sottovuoto

Sono composti da tubi di vetro speciale sottovuoto (le estremità di un tubo vetro interno e di uno esterno vengono fuse tra loro e l'aria è estratta dall'intercapedine) ricoperti da uno strato altamente selettivo che trasforma la luce solare in calore. In questo caso l'assorbitore di calore è di forma circolare ed è alloggiato all'interno della cavità sottovuoto dei tubi stessi; in questo modo il fluido termoconvettore evapora e, cedendo il suo calore all'estremità superiore del tubo, si condensa e ritorna in basso.

A differenza dei pannelli a piastra, questa tipologia di collettori sottovuoto non conduce calore, essendo l'aria il migliore isolamento, per cui non si verificano perdite per convezione e conduzione e pertanto il loro rendimento è superiore. Inoltre, vista la loro maggiore resa, richiedono una minore superficie espositiva rispetto alle altre tipologie di pannelli e sono capaci di trattenere il calore accumulato anche in condizioni atmosferiche molto rigide, garantendo prestazioni elevate e costanti durante l'intero arco dell'anno; per questi motivi possono essere utilizzati anche in zone con un'insolazione medio-bassa o con condizioni climatiche particolarmente rigide durante l'inverno, come in alta montagna o nei paesi nordici.

Generalmente sono forniti con concentratori a specchio retrostanti i tubi sottovuoto, in modo da sfruttare al massimo la radiazione solare.

Fonte                                                                            

hemo-srl.com/Seite%204                           sonnenkraft.com/produktblaette suntek.it/kollektoren_info_i.html   kloben.it/prodotti.dhtml?pannelli   sanitechdev.mediattiva.it/it/archivio_news.asp  

1. raggi solari
2. specchio CPC
3. superficie sunselect
4. tubo speciale in vetro
5. spazio sottovuoto
6. tubi in rame per il circolo del fluido termoconvettore
7. lastra deviatore di calore in rame

I collettori sottovuoto hanno efficienze del 15% circa superiore ai migliori collettori piani, alcuni produttori dichiarano efficienze fino al 70% superiori ai normali collettori termosolari, questo non è corretto, a tal proposito è interessante l'articolo a questo link:           fire-italia.it/forum/solare_termico/.pdf

collettori a tubi sottovuoto

sez.tubi sottovuoto

 

   collettore a tubbi sottovuoto con sez. specifica

Collettori a piastra o collettori piani

                                                                           I collettori a piastra, sono composti da una cella/intelaiatura termicamente isolata (in legno incollato a tenuta di acqua o in alluminio), coperta da un vetro protettivo in grado di sopportare pioggia, grandine e temperature rigide,  filtra i raggi solari e crea l'effetto serra per intrappolare il calore.
All'interno della cella si trova l'assorbitore di calore vero e proprio, che è una lastra metallica scura, detta anche piastra captante, o corpo nero assorbente,sulla quale sono saldati i tubi all'interno dei quali circola un liquido termoconvettore (per esempio composto da acqua e glicole propilenico atossico). 

 schema collettore piano

 

Questo liquido, riscaldato dal calore solare, sale alla cima del collettore e va nel serbatoio dove, tramite uno scambiatore, cede il calore all'acqua da riscaldare contenuta all'interno e da dove viene distribuita ai diversi punti di presa. A questo punto il liquido termoconvettore raffreddato scende ed il processo ricomincia da capo.

I pannelli a piastra possono essere di due tipi:

  • a superficie non selettiva: cioè l'assorbitore di calore è semplicemente verniciato in nero, un colore che contribuisce a captare e trattenere meglio e più a lungo i raggi solari; questa tipologia di pannelli, è consigliata per le case abitate in brevi periodi o con un'insolazione media annuale di almeno 1200 Megacalorie;
  • a superficie selettiva: cioè l'assorbitore di calore è potenziato da un trattamento effettuato con un prodotto infrarosso che consente al pannello di trattenere maggiormente il calore del sole, riducendo al tempo stesso la riflessione; questa tipologia di pannelli è maggiormente indicata per le case dove si risiede abitualmente o per un utilizzo di almeno 10 mesi all'anno e sono in grado di produrre acqua calda in qualunque mese dell'anno, raggiungendo in estate anche punte di 80-90ƒ. Hanno un costo maggiore rispetto ai pannelli a superficie non selettiva, giustificato dalla maggiore complessità dell'impianto e dai trattamenti tecnologici cui è sottoposto e possono essere utilizzati sia per la produzione di acqua calda sanitaria, che per l'integrazione al sistema di riscaldamento.

Sezione di collettore solare selettivo

1 copertura supertrasparente                   2 Guarnizione perimetrale per la sigillazione  e l'escursione termica                              3 profilo di chiusura a clip                         4 profilo del telaio- struttura                      5 Strato isolante da 50 millimetri di             steinwolle                                              6 piastra dell'assorbitore da 0,2 millimetri di  rame con il rivestimento altamente selettivo (TINOX o sunselect)                               7 saldatura di unione termicamente        ottimizzata                                            8 tubi di rame 8 x 0,5 millimetri 

 

Altro esempio

1 Poliuretano schiumato densità 35 kg/m3

2 Fogli in alluminio

3 Aletta in rame con trattamento selettivo

4 Tubo in rame da 12

5 Guarnizione in gomma

6 Sigillante specifico

7 Cristallo temperato da 4 mm ad elevata trasparenza

Fonte

costruzionisolari.it/IT/index_it.htm  solvis.de/aktuellnews%2Ephp 

  sezione collettore a piastra

 

sezione pannello termosolare piano

I collettori  termosolari piani sono tecnicamente semplici da costruire, ciò comporta che una maggiore diffusione rende il costo sempre più conveniente, si possono addirittura autoprodurre anche con materiale di recupero.           progettomeg.it/pannello.htm

Questa ditta produce un collettore piano con buoni rendimenti ma con tecnologie diverse dai tradizionali collettori piani, il costo di questi pannelli è particolarmente basso: circa 300 € al Mq :                                                                            feasrl.com/it/collettori.htm    

Collettori monoblocco o ad accumulo 

  I collettori ad accumulo, detti anche monoblocco, sono di costruzione molto semplice rispetto alle precedenti categorie e sono prevalentemente composti da un serbatoio in acciaio inox che viene esposto direttamente al sole, solitamente sono asserviti da un collettore piano integrato.

  collettore piano con serbatoio di accumulo, sistema monoblocco
Il serbatoio solitamente è dipinto di nero, termicamente coibentato e coperto da una lastra di materiale trasparente termoisolante, può anche essere montato direttamente in una cavità del tetto in cui si trova uno specchio solare concavo che riflette la luce; vengono collegati direttamente alla rete dell'acqua fredda e calda senza l'ausilio di scambiatori di calore e pompe e possono essere collegati ad una caldaia a gas ausiliaria, che interviene automaticamente quando la temperatura scende al di sotto di quella richiesta.

Rispetto alle precedenti tipologie hanno un costo più modesto, sono compatti, maneggevoli, occupano poco spazio e possono essere installati senza l'ausilio di tecnici specializzati. generalmente il loro uso è limitato alla sola produzione di acqua calda sanitaria e, inoltre, durante la notte o nei giorni con scarsi apporti solari possono raffreddarsi facilmente.
 

 

Esistono in commercio collettori monoblocco con resistenza elettrica, alternativi all'impianto assistito da una caldaia a gas o biomassa.

costruzionisolari.it 

 

collettore monoblocco piano con sistema elettrico di compensazione

I sistemi monoblocco generalmente utilizzano collettori piani, esistono però anche collettori monoblocco in versione a tubi sottovuoto

 

Fonte e informazioni

kuzeysan.com/                                     focus-solar.com/glas.htm             
sssolar.com/collectors/hea             ecorete.it/contributi
             ecorete.it/pannelli                    

collettore monoblocco con pannello a tubi sottovuoto
Collettori termosolari per soluzioni specifiche

                                                                                                   I pannelli solari scoperti sono privi di vetro; l'acqua da riscaldare passa direttamente all'interno dei tubi dell'assorbitore. Hanno un costo notevolmente più basso dei pannelli vetrati e l'installazione è molto semplice, al punto da poter essere fatta senza ricorrere a personale specializzato.
Ovviamente hanno un rendimento limitato e per poter funzionare richiedono temperature esterne non inferiori a 20°C. Per questo motivo sono adatti per gli utilizzi nella stagione estiva (stabilimenti balneari, alberghi stagionali, campeggi, seconde case, ecc.)
Il materiali usati per costruire i pannelli scoperti sono in genere PVC, neoprene o polipropilene.
I pannelli scoperti in PVC o neoprene sopportano una pressione massima di 1 atm e sono adatti per il riscaldamento di piscine; quelli in polipropilene fino a 6 atmosfere e quindi sono idonei a tutti gli altri usi sopra elencati.

collettori plastici scoperti

Collettori scoperti edilportale.com           cullwater.com         

 

 

 

I collettori ad aria sono collettori del tutto simili ai normali pannelli vetrati ma in questo caso il fluido vettore è aria anziché acqua, aria che può circolare fra vetro e assorbitore oppure fra assorbitore e fondo del pannello.
In genere l'assorbitore è alettato in modo da rendere lento e tortuoso il percorso del flusso d'aria. Questo perché l'aria scambia calore con più difficoltà dell'acqua e bisogna quindi assicurare una sua maggiore permanenza all'interno del pannello per far si che assorba maggiormente il calore solare.
Una tipologia particolare di pannelli solari ad aria sono i pannelli di rivestimento, applicabili come normale rivestimento delle pareti di tamponamento in edifici industriali, commerciali e residenziali. Non sono vetrati ma hanno una superficie esterna metallica che funge da assorbitore e riscalda l'aria che passa all'interno. Questa, circolando all'interno dell'intercapedine che si forma tra pannello e parete, può poi essere immessa all'interno degli ambienti tramite un apposito sistema di aspirazione, contribuendo al riscaldamento e al ricambio d'aria degli ambienti serviti.
 

Particolare sistema di collettore ad aria

Il sistema Termotend (c) è sostanzialmente una nuova superficie assorbente che consente di catturare energia dal sole per riscaldare aria.
E' composto da una superficie captante, formata da una piastra metallica nera, sormontata da uno strato di paglietta metallica.

 

collettore ad aria

 Collettore ad aria rizzienergy.com

 

collettore ad aria Termotend

    Termotend (c)

 

Collettore solare sferico.

Alcune soluzioni termosolari possono riguardare la forma e l'impatto estetico del sistema, in questo caso il sistema sferico può risultare meno invasivo e contenere il costo dell'impianto, è un semplice collettore monoblocco

casafelice.com/euglobe

 

collettore monoblocco sferico
 

Un generatore termico solare che ha come scopo la cottura di cibi o la sterilizzazione dell'acqua per bollitura ecc., si tratta di un forno solare a concentrazione ad altissimo rendimento con temperature che arrivano fino a 250 gradi, il suo utilizzo potrebbe essere ottimale in comunità isolate, infatti fornisce servizi di base quale la igienizzazione dell' acqua per uso potabile, il riscaldamento della stessa per usi sanitari e la cottura dei cibi.

Fonte: Associazione paea.it 

 

Un interessante articolo sull'uso di questi "forni" da parte di comunità in paesi economicamente arretrati: come a volte bastano pochi euro per migliorare la qualità della vita

vita.it/articolo/index.php3?NEWSID=39823 

forno solare

 

 

Pannelli termofotovoltaici

Può essere un sistema interessante se contribuisce a "raffreddare" le celle fotovoltaiche quando queste si surriscaldano in presenza di eccessiva insolazione, situazione che riduce l'efficienza fotovoltaica. 

casafelice.com/tettosolare.htm 

 

    sistema termosolare-fotovoltaico

 

Fonte

naturanetwork.it/saie_005.asp  

Guida all'acquisto degli impianti termosolari. adiconsum.it/settori/energiaambiente/Energia dal sole.doc

Elenco delle regioni che prevedono contributi per l'adozione di tecnologie termosolari
ecorete.it/solare-contributi-regionali-statali.php 

Descrizione delle varie soluzioni tecniche a cura della Federazione Italiana per l' uso Razionale dell' Energia                            fire-italia.it/caricapagine.asp?target=forum/solare_termico.asp   

Elenco dei produttori italiani con cataloghi e specifiche tecniche   edilportale.com/csmartnews/06_2_2.asp  

Altri produttori di collettori termosolari
kalkgruber.at 
sonnenkraft.com 

Sito  interessante con indicazione di agevolazioni e contributi per l'installazione di collettori termosolari                                                 romaenergia.org/energierinnovabili

   Energia frigorifera e climatizzazione   

 

Con le attuali tecnologie termosolari è possibile ottenere anche energia frigorifera:

PER REFRIGERAZIONE  Con temperatura fino a -30 °C utilizzando il ciclo frigorifero ad assorbimento acqua/ammoniaca  

PER PROCESSI INDUSTRIALI   Con temperatura fino a 3 °C utilizzando il ciclo frigorifero ad adssorbimento acqua/silica gel  

PER CONDIZIONAMENTO  Con temperatura fino a 5°C utilizzando il ciclo frigorifero ad assorbimento acqua/bromuro di litio

 

 Il Chiller
 

E' un refrigeratore ad assorbimento alimentato da fluido caldo

La trasformazione dell'energia termica in energia frigorifera è resa possibile dall'impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido refrigerante in combinazione con la sostanza utilizzata quale assorbente.

chiller ad assorbimento

 

 

Schema esemplificativo di un chiller, il calore di imput può essere dato da una caldaia a gas ma anche dal fluido caldo dei sistemi termosolari.

Approfondimenti: mhi.co.jp/chiller/abso/main.htm  dometic.com/node882.asp  

 

schema di chiller ad assorbimento

 

Il fluido caldo che alimenta il ciclo frigorifero ad assorbimento può essere riscaldato dal sole mediante concentratori parabolici ad inseguimento che sfruttano la radiazione diretta o anche da collettori piani ad alta temperatura che sfruttano la radiazione diretta e diffusa.

Quando i raggi solari vengono captati e concentrati, attraverso uno specchio parabolico, generano una intensa quantità di calore nel fuoco della parabola. L'energia solare viene captata dal collettore la cui superficie a specchio riflettente focalizza i raggi solari sul tubo ricevitore posto lungo la linea focale e all'interno del quale circola un fluido termovettore che viene riscaldato ad alta temperatura, fino a 300 °C. Il collettore è costruito a parabola mobile ed insegue il sole.

A lato un esempio di applicazione di pannelli piani ad alta temperatura utilizzati per il sistema solar cooling in un centro direzionale a Pergine (TN)

Tale impianto di riscaldamento e condizionamento consente un risparmio di energia elettrica e metano fino all' 80%.

Specifiche tecniche della resa energetica

Fonte baxterenergy.com

segs per usi termici civili ed industriali

concentratori parabolici ad inseguimento

 

 

collettori piani ad alta temperatura

Sistemi ibridi per la climatizzazione

Oggi sono disponibili sul mercato degli  assorbitori per la climatizzazione sia estiva che invernale e per la produzione di acqua sanitaria  alimentati a metano o a GPL, sistemi simili  potrebbero essere adattati al collegamento con sistemi  termosolari, in questo caso si ha un sistema ibrido in cui il metano diventa una riserva di energia nei periodi di insufficiente irraggiamento solare.

Climatizzatore con ciclo frigorifero ad assorbimento, alimentato a metano o a GPL  a fiamma diretta, produce acqua refrigerata per raffrescamento, acqua calda per riscaldamento ed acqua calda per uso sanitario.

Potenza frigorifera: 16kW, 23kW, 70kW, 115kW
Potenza termica riscaldamento: 16kW, 23kW, 70kW, 115kW
Potenza termica acqua calda sanitaria: 5,3kW, 7,7kW, 23kW, 39kW

systema.it

 

Sistema split per la climatizzazione, funzionante a gas metano o a GPL costituito da unità termofrigorifera esterna, per la produzione di acqua refrigerata e di acqua calda, con ciclo frigorifero ad assorbimento acqua-ammoniaca con condensazione ad aria.

Potenza frigorifera 17,49 kW, potenza termica 32,5 kW

robur.it  

 

 

 

 

 

 

climatizzatore ad assorbimento a gas

Tecnologie  termoelettriche  a concentrazione solare

 

Le tecnologie di concentrazione solare per la produzione di energia elettrica sono largamente collaudate, sopratutto in California, New Mexico e Spagna, attualmente il kWh prodotto ha un costo di 10 centesimi, già più che competitivo con il costo dell'energia elettrica ottenuta dalle fonti esauribili considerando i costi nascosti  (costi sanitari, rischi ambientali ecc.)

Comunque il progresso di queste tecnologie è notevole e si prevedono in pochi anni costi anche inferiori ai 5 centesimi al kWh. 

 
  Torri solari
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 solare da 100 a 200 MWatt elettrici.

La centrale a torre  "Solar Two" in California.

L'evoluzione di questa tecnologia prevede una produzione di energia elettrica ad un costo di 0,05 € al kWh.Le temperature nel ricevente possono arrivare oltre i 1000°C.

In Israele esiste un impianto con il ricevente a terra, le temperature in questo sistema possono arrivare anche a 3000°C.

Fonte                                                                  energylan.sandia.gov                                  ucdcms.ucdavis.edu/solar2 

 

Solar Two tower

 

 

solar tower

Sistema a  specchi 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 mezzo portatore di calore, ad esempio olio, pompato attraverso i tubi ricettori, alimenta una stazione di potenza localizzata centralmente. Il calore solare è trasformato in vapore allo scopo di far funzionare un turbo-generatore elettrico. La temperatura tipica di operazione è di 390 °C. Tali impianti oggi hanno dimensioni tipiche dell’ordine da 30 a 80 MWatt elettrici e bruciano anche una certa quantità di combustibile fossile (gas naturale nel miglior caso) per produrre energia quando l’energia solare è deficitaria.

I concentratori lineari parabolici ad inseguimento sono la tecnologia di concentrazione solare più collaudata, con costi al kWh di 0,08 €, in prospettiva il costo dell'energia ottenibile è nell'ordine dei 4 centesimi di euro per kWh entro pochi anni, in abbinamento con il 25% di sistemi a metano e/o con sistemi di accumulo di energia termica tramite le tecnologie dei sali fusi l'efficienza può essere ancora maggiore. Negli USA gli impianti installati ammontano a 354 MW, nel marzo 2003 è stato approvato un progetto per altri 50 MW che sarà realizzato in Nevada entro il 2005.

de.unifi.it/ER-Solare termica.pdf pagina 7 e 8 ilsolea360gradi.it/2003/lug-ago2003.pdf  pagina 4 energylan.sandia.gov//program     energylan.sandia.gov/overview.htm#cost eere.energy.gov/tech_vision.html

 

throug- segs luz

 

sistema collettori parabolici SEGS

Particolare SEGS

 

Progetto Archimede dell'ENEA

Nel novembre 2003 con un accordo tra ENEA ed ENEL è stato deciso di installare l'impianto sperimentale, denominato Archimede, a Priolo Gargallo (Siracusa).

Il sistema sarà ibrido, abbinato ad una centrale termoelettrica a ciclo combinato, la potenza della parte solare sarà di 20 MW, il costo sarà di 2.500 € al kWp.      L' entrata in esercizio è prevista per il 2007

Progetto Archimede

 

 Schema d'integrazione tra il sistema solare e il ciclo combinato 

schema impianto progetto Archimede

 

 

Le principali innovazioni riguardano:

l'utilizzo di un accumulo termico di grandi dimensioni, mediante il quale l'impianto può erogare una potenza elettrica costante nell'arco delle 24 ore, indipendentemente dalla variabilità della fonte solare;

l'incremento della temperatura di funzionamento dell'impianto (fluido termovettore ed accumulo). Questa innovazione richiede, da un lato, l'uso di un fluido termovettore (miscela di nitrati di sodio e di potassio) diverso dall’olio sintetico impiegato negli impianti attualmente in esercizio e, dall’altro lato, un sostanziale miglioramento delle proprietà ottiche del rivestimento del tubo ricevitore dei collettori che permetta un migliore assorbimento del calore;

la progettazione di un nuovo tipo di concentratore, basato sull'impiego di specchi più sottili sostenuti da una struttura, in grado di assicurare una significativa riduzione dei costi di costruzione e posa in opera.

caratteristiche tecniche progetto Archimede

I miglioramenti potrebbero permettere lo sviluppo di una originale e competitiva "nicchia" di mercato sia nazionale che internazionale.

Il sistema dovrebbe avere costi inferiori a quelli previsti dagli impianti a torre ed essere, rispetto ad essi, più flessibile per quanto riguarda le condizioni del sito e la disponibilità energetica e, nel contempo, dovrebbe consentire di fare uso di tutta l’esperienza operativa acquisita dalla ormai matura tecnologia modulare dei SEGS.

Il collettore parabolico lineare rappresenta il modulo base del sistema. Il raggiungimento della potenza richiesta è ottenuto mediante l’utilizzo di più moduli. 

Tale configurazione è quindi facilmente adattabile alle caratteristiche di siti reperibili nell’Italia Meridionale.

 

 

 Sistema a concentratori parabolici indipendenti

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 o a ciclo Brayton. Le dimensioni dei singoli moduli possono variare nell’intervallo da 5 a 50 kWatt elettrici; con una serie di tali concentratori si possono realizzare impianti di qualsiasi taglia e potenza. Mentre impianti con un numero limitato di specchi hanno generalmente il generatore individualmente montato su ciascun punto focale, su più grande scala il calore può essere raccolto attraverso guide di calore (heat-pipes) presso una stazione di potenza localizzata centralmente, dove può essere aggiunto anche l’accumulo dell’energia termica, come nel caso delle torri solari.

Nell' immagine più in alto un 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. energylan.sandia.gov/RMOTPOWR energylan.sandia.gov/sunlab/adds

 

Nella seconda immagine un altro concentratore solare con motore ciclo Stirling al ricevitore ma con una soluzione a specchi multipli, la potenza di picco è di 25 kW, proprietà di Science Application International Corporation e STM Power Inc , installato a Phoenix, Arizona. energylan.sandia.gov/research energylan.sandia.gov/overview   energylan.sandia.gov/projects 

 

A lato un Prototipo statunitense di concentratore solare da 250 Wp, anche in questo caso Il ricevente è un motore Stirling, la società che sta mettendo a punto il sistema dichiara la prossima commercializzazione a meno di 500 €. energyinnovations.com

 

 

Progetto di un piccolo sistema a concentrazione solare completo di sistema ad inseguimento, il ricevente è un motore ad aria calda a ciclo Brayton per la produzione di energia elettrica.

I rendimenti previsti sono di circa 200 Wh al mq digilander.libero.it/digitalrino

 

Sistema CPI

sistema a concentratori parabolici indipendenti

piccolo sistema a concentratori parabolici indipendenti

Piccolo sistema a concentrazione solare ad inseguimento

   

Fonte:

de.unifi.it/Macchine/Martelli/Dispense/ER-Solare termica.pdf Pagina 9 ilsolea360gradi.it                                                                                                        spazioambiente.com/enea/Enea News solare

Prossime installazioni e attuali costi d'impianto                                 spazioambiente.com/enea/Enea New solare

Dati, grafici e potenziale in Italia                                                                                     zanichelli.it/solare

 

Motori termici utilizzabili con i concentratori solari   

 

Il calore prodotto dai concentratori solari possono azionare i motori che sono attivati dal calore a medie e alte temperature per muovere generatori di energia elettrica o per pompare acqua o altre applicazioni meccaniche

 

 

 Turbina a vapore ciclo Rankine

Descrizione del ciclo di Rankine

da 1 a 2: il fluido che è nella fase liquida viene compresso mediante la pompa;

da 2 a 2’ e da 2’ a 3: il fluido viene riscaldato e poi vaporizzato a pressione costante per mezzo    di una caldaia;

da 3 a 4: il fluido nella fase di vapore saturo secco compie lavoro espandendosi  isoentropicamente nella turbina;

da 4 a 1: il fluido ora nella fase di vapore saturo a bassa pressione viene condensato nella fase liquida a pressione e temperatura costanti per mezzo di un condensatore all’interno del quale si trova un serpentino percorso da acqua fredda. 

 schema impianto ciclo a vapore di  Rankine

 

 

 

La macchina di Rankine ha avuto e ha tuttora innumerevoli applicazioni: dalla locomotiva a vapore, alle centrali termoelettriche a combustibile fossile o nucleare e più recentemente nelle centrali solari termoelettriche a concentrazione. Normalmente il fluido che descrive il ciclo è l’acqua.

Disegno di una turbina a vapore con spaccato che rende visibili sia lo statore che il rotore.

Turbina vapore ciclo Ranchine

Fonte

angelofarina.it/dispense99/amoretti95645                                                            gaia.ecs.csus.edu/Rankine142                                                            pcangelo.eng.unipr.it/dispense00/bottacini1                                  25039 web.tiscali.it/Turbine vapore 

 

Motore ciclo Stirling ad aria calda

Le immagini animate mostrano due diverse soluzioni meccaniche nell'applicazione del ciclo Stirling, nella immagine di destra oltre ad una diversa configurazione meccanica si adotta un sistema di dissipamento del calore con una soluzione a  radiatore.

Maggiori dettagli:   

travel.howstuffworks.com/stirling sesusa.org/stirling2

 

Vasta raccolta di links

users.moscow.com/stirling

 

 

 

 Motore ciclo Brayton ad aria calda
 Questo ciclo termico per la conversione dell'energia termica in energia meccanica comporta in alcune applicazioni dei vantaggi sia rispetto al ciclo Rankine (motore a vapore) sia rispetto al motore Stirling; rispetto al motore a vapore ha un maggior rendimento e migliori condizioni di sicurezza; rispetto al motore Stirling un minore peso ed una maggiore superficie captante l'energia solare, che può essere assorbita attraverso tutta la superficie esposta del tubo a serpentina, da sistemare all'interno di una cavità termicamente isolata posta all'altezza del piano di focalizzazione del concentratore solare. schema di un sistema minimo a ciclo Brayton

 

Inoltre questo motore termico funziona con lo stesso principio delle pompe di calore e dei condizionatori; quindi può essere facilmente convertito per questi utilizzi.

Descrizione del funzionamento: l'aria fresca a temperatura ambiente Ta entra dalla valvola A (che può essere azionata, al pari delle altre due valvole C e D mediante un sistema di aste e bilanceri, facenti capo ciascuno ad una opportuna camma fissata sullo stesso albero motore) e successivamente compressa; in questa fase aumenta la sua temperatura al valore Tc; quindi passa nel tubo a serpentina passando attraverso la valvola B che è una semplice valvola di non ritorno (come quelle dei pneumatici delle auto o delle biciclette).

L' aria in uscita può  essere immessa in un'altro tubo a serpentina immerso nell'acqua ottenendo acqua calda da inviare ad un serbatoio termicamente isolato per un successivo utilizzo.

vista tridimensionale del ciclo Brayton

Passando attraverso la serpentina l'aria viene riscaldata alla temperatura Tmax ed aumenta quindi la sua energia termica ed il suo volume; quindi, quando il pistone del secondo cilindro è al punto morto superiore, viene immessa nel cilindro attraverso la valvola D nella quantità  tale da avere, alla fine della successiva espansione adiabatica, in corrispondenza del punto morto inferiore dello stesso cilindro, approssimativamente la pressione uguale a quella atmosferica; a quel punto la sua temperatura avrà il valore Te inferiore a quella massima raggiunta nella serpentina Tmax ma anche superiore a quella iniziale dell'ambiente Ta.

 

Fonte e maggiori informazioni

digilander.libero.it/digitalrino                                                           gaia.ecs.csus.edu/brayton.htm  

Illustrazione di un motore a vapore derivante  da un motore a scoppio.   people.linux-gull.ch/rossen/solar/wcengine.html                                              

 

   Sistemi di cogenerazione e trigenerazione con energia solare

 

Dall' insieme delle tecnologie termosolari per la produzione di acqua calda e fredda e da quelle termosolari per la produzione di energia elettrica derivano i sistemi di cogenerazione e trigenerazione termosolare.

 

 
Una ditta italiana, la  Baxter Engineering Ltd. progetta e fornisce sistemi di cogenerazione e trigenerazione ad energia termosolare

Il collettore è costruito a parabola mobile ed insegue il sole ( tipo SEGS)

Un sistema di co-trigenerazione solare utilizza come energia primaria l'energia termica ricavata dal sole fornita ad una turbina sottoforma di vapore o ad una turbina organica ciclo Rankine sottoforma di fluido caldo.

 

collettore a concentrazione termosolare parabolico
Il fluido riscaldato dal sole a 300° C viene utilizzato come energia primaria per vaporizzare a bassa pressione, mediante un generatore indiretto, la condensa proveniente dal condensatore della turbina.

Il vapore, successivamente, viene portato ad alta pressione utilizzando una fonte di calore che può essere, ad es., un inceneritore di rifiuti urbani o rifiuti industriali.

Il vapore ad alta pressione alimenta la turbina che, mediante un alternatore direttamente calettato, produce l'energia elettrica.                yyuuuu yyyyyyyyyyyy

 turbina vapore
Il fluido che raffredda il condensatore, riscaldato dal vapore a bassa pressione che si trasforma in condensa, viene utilizzato in un circuito di riscaldamento e/o per produrre localmente acqua refrigerata per condizionamento o per processi industriali con ciclo frigorifero ad assorbimento o  adssorbimento.

Fonte
baxterenergy.com 

chiller ad assorbimento
Un' altra società, la Solar Power International fornisce sistemi di produzione di elettricità e calore (fino a 400 °C e oltre) da integrare nei tetti degli edifici commerciali e industriali (Building Integrated High Temperature Solar Thermal System). Il "Power Roof", è questo il nome dato al sistema, è basato su un nuovo concetto che integra le più avanzate tecnologie degli impianti solari termici ad alta temperatura per la produzione di elettricità o calore (termoelettrosolari) con quelle dell'illuminazione naturale, dell'isolamento termico, del solare passivo e delle barriere riflettenti.   

In questo sistema il concentratore è fisso e solidale con la struttura, l'inseguimento solare è affidato al ricevente.

Questa prima innovazione semplifica notevolmente il sistema di inseguimento del sole e ne riduce i costi, essendo il ricevente più leggero del concentratore, inoltre fa si che lo stesso possa costituire una componente integrante del tetto. La seconda importante innovazione riguarda il concentratore, realizzato sui principi della "Non Imaging Optics", studiati per più di venti anni all'Università di Chicago dal Prof. Roland Winston. Il collettore secondario è costituito da un "Compound Parabolic Collector" che ha efficienze molto più elevate dei concentratori parabolici tradizionali. I componenti vitali per la sicurezza dell'impianto sono gli stessi adottati nelle navicelle spaziali. Il sistema è gestito e controllato automaticamente. 

Fonte:     

ilsolea360gradi.it/
dukesolar.company/

Accumulo dell'energia solare

 sali fusi minerali solidi solar pond termolisi catalitica fotolisi catalitica

Come per altre fonti rinnovabili anche per l'energia solare uno dei limiti da superare è l' irregolarità dell'energia disponibile, per cui i sistemi di accumulo sono un' aspetto importante per l'evoluzione e la diffusione delle tecnologie sviluppate.

L’energia prodotta dagli impianti termosolari può non essere limitata alle sole ore di insolazione e alle fluttuazioni dei passaggi nuvolosi. A tale scopo, due tecniche sono state già largamente collaudate. Esse offrono anche un migliore fattore di utilizzo dell’installazione e quindi un costo minore per la produzione di energia elettrica:

Accumulo dell’energia termica: il calore prodotto viene usato per riscaldare un mezzo, dal quale, al momento opportuno, si estrae il calore per produrre l’energia elettrica. Questi dispositivi sono di basso costo, alta efficienza e permettono di mantenere l’impianto operativo durante i picchi della domanda e durante le ore notturne. Essi hanno anche il vantaggio di eliminare, in molti casi, le fluttuazioni dovute ai transienti (nubi).

Sistemi ibridi solare-metano: durante i periodi prolungati di assenza di calore solare, l’energia mancante può essere data dal metano, con riduzione dei costi. Un sistema ibrido può essere economicamente convenienti anche per potenze solari più modeste.

Un altro sistema per ovviare alla discontinuità della fonte solare è il suo utilizzo per la produzione di idrogeno tramite termolisi o fotolisi, anche per mezzo di catalizzatori, gli impianti sperimentali in tal senso sono appena agli inizi.

Inoltre è possibile accumulare il calore solare per fini termici.

Accumulo di calore con sistemi a sali fusi

Per applicazioni in centrali termoelettriche, sopratutto ad energia solare, il sistema più adottato è costituito da serbatoi di sali fusi i quali hanno la proprietà di essere dei pessimi conduttori di calore e quindi lo trattengono fino al momento del suo prelievo per le necessità richieste dal sistema.

La centrale a torre "Solar Two", in california, della potenza di 10 MW, utilizza  nitrato di sodio fuso per l'immagazzinamento del calore e la produzione di vapore, consentendo di ottenere migliori efficienze e una maggiore flessibilità nell'utilizzo della produzione di energia elettrica. 

I costi dei serbatoi di accumulo a sai fusi sono molto interessanti: attualmente circa 35 € al kWt con una prospettiva di arrivare a soli 10 € al kWt

Il progetto "Archimede" dell'ENEA, della potenza di 5 MW, ha tra le principali innovazioni l' utilizzo di un accumulatore  termico di 600 MWh a base di nitrati di sodio e potassio, mediante il quale l'impianto può erogare una potenza elettrica costante nell'arco delle 24 ore, indipendentemente dalla variabilità della fonte solare; 

L'uso di sali fusi permette il funzionamento dell' assorbitore della ricevente a pressioni molto più basse; l’unico vincolo è che il sale deve sempre essere mantenuto al disopra del punto di fusione (220°C)

Un serbatoio per accumulo termico sperimentato in USA, nella direzione di una riduzione dei costi di questi sistemi il serbatoio contiene un mix di sali e minerali: nitrato di sodio, nitrato di potassio, quarzite e polvere di silicio.

Il costo di questo sistema di stoccaggio è di 20 € al kW

Fonte

energylan.sandia.gov/thermalstor

Analisi tecnica di alcuni sistemi per accumulo termico                                eere.energy.gov/troughnet/549m_pacheco.pdf 

Solar Two tower (146672 bytes)

 

schema del progetto Archimede con serbatoio di accumulo termico

sistema statunitense di accumulo termico

Accumulo di calore con minerali solidi

L'energia può essere però immagazzinata anche mediante un serbatoio di calore costituito da semplice ghiaia e sassi.

L’energia immessa dal concentratore solare nel contenitore ad alta temperatura (es. 430 °C) può essere trasferita al serbatoio di calore mediante la semplice aria calda, attraverso un opportuno "mantice" metallico nel sottostante serbatoio di calore, attraverso due tubi coassiali verticali, termicamente isolati; quello interno per l’aria calda, quello esterno per l’aria meno calda da riscaldare nuovamente, passando di nuovo attraverso il fuoco del concentratore solare.

Nell' immagine a lato la veduta d'insieme di un concentratore solare parabolico dotato di un serbatoio a ghiaia e sassi, il calore accumulato si dimezza dopo 24 ore, migliorando l'isolamento termico i tempi di conservazione del calore si allungano.

digilander.libero.it/serbatoio energia

 

progetto di accumulo termico a minerali solidi

In questo sistema il motore accoppiato al generatore dovrebbe essere a vapore, ottenibile anche modificando un motore diesel.

 people.linux-gull.ch 

 Sistema "Solar Pond"

Principali aspetti tecnici e di funzionamento


Il termine "Solar Pond" viene usato per descrivere una massa di acqua, contenuta in un bacino, che assorbe l'energia solare incidente e l'accumula al suo interno. Per ottenere questa prestazione si possono annoverare 3 tipi base di lago solare, identificati con i termini: lago solare a gradiente salino (salinity gradient solar pond), gel pond ed infine shallow solar pond. Dei tre il primo è quello la cui tecnica è stata utilizzata per la quasi totalità delle realizzazioni e per la conduzione degli studi sui fenomeni fisici di funzionamento. 

La costruzione del solar pond può essere eseguita con le normali tecniche di intervento previste dall'industria per l'edilizia come lo scavo del bacino, la copertura dello stesso con una membrana impermeabile e la costruzione delle strutture per l'alloggiamento delle apparecchiature di estrazione e di utilizzo del calore prodotto. In questo modo si possono realizzare grandi superfici di raccolta del calore, fino a migliaia di metri quadrati, con costi per unità di area molto inferiori a quelli di qualunque altra metodologia di sfruttamento dell'energia solare. 

Sezione di un lago "solar pond"

Questo tipo di lago solare viene realizzato versando nell'invaso una soluzione di sale in acqua, per esempio cloruro di sodio, utilizzando tecniche di riempimento che permettono di stabilire un gradiente di concentrazione salina crescente con la profondità fino alla saturazione sullo strato di fondo. In effetti sulla sezione verticale del bacino ( vedi schema) si possono riscontrare i tre strati caratteristici sovrapposti: il primo in alto molto sottile, costituito da acqua con una piccola quantità di sale, quello centrale, nel quale si può osservare una variazione lineare di salinità ed infine lo strato di fondo omogeneo e saturo di sale. Quando la radiazione solare, incidente sulla superficie del bacino, penetra attraverso la massa trasparente di soluzione, viene assorbita sul fondo ed il calore prodotto si trasmette alla soluzione per convezione. Il conseguente trasferimento ascensionale di massa e di energia, che porterebbe alla dissipazione del calore in superficie, trova una barriera nell'interfaccia con lo strato a gradiente salino ed il calore rimane accumulato nella salamoia del fondo: la temperatura può raggiungere anche i 100 °C. 

Lo strato intermedio agisce come un isolante termico trasparente, che permette al calore accumulato nello strato convettivo inferiore di essere estratto con tecniche di scambio termico ed essere utilizzato per scopi termici.

0000000000000000000000000000000000000000000 La grande massa di accumulo e la capacità di isolamento termico caratterizzano i solar pond, che così possono mantenere l'energia termica per lunghi periodi (stagioni) senza che si registrino sensibili diminuzioni della temperatura della salamoia.

I costi di costruzione di un lago solare, riferiti all'unità di superficie, possono variare con l'area di captazione del bacino. Si riporta la stima dei costi unitari di costruzione per laghi solari di diversa taglia: superficie di 2.000 m2, costo 150 euro/m2;superficie 20.000 m2, costo 95 euro/m2 ; superficie 200.000 m2 costo 70 euro/m2.

Fonte ilsolea360gradi.it/2002/.htm#arg8 

Altre informazioni:                                                  de.unifi.it/ER-Solare termica.pdf  pagina 4 e 5

 

     Solar pond ad Ancona

Accumulo  tramite la  produzione di idrogeno 

Una società canadese sta sviluppando un processo che usa la luce solare e l'acqua per produrre l'idrogeno. Il processo è basato su un ciclo termico-catalitico che richiede il calore come input per un catalizzatore che ha permesso in fase sperimentale di ottenere la dissociazione atomica già a 400°C, un concentratore solare a 5000 soli da loro realizzato raggiunge i 750°C, temperatura abbastanza elevata per rendere efficiente il reattore chimico.

Fonte shec-labs.com/process.htm 

Concentratore solare per la produzione di idrogeno (termolisi-catalitica)

 

Schema funzionale di impianto per la produzione di idrogeno tramite sistemi solari a concentrazione come da progetto ENEA

enea.it/fasi                        enea.it/processi

 

l'impiego del solare termico a concentrazione per la produzione di idrogeno potrebbe risultare interessante già a breve termine usando come fonte di idrogeno,oltre che all'acqua  (termolisi ), anche il metano (reforming) o, meglio, le biomasse (pirolisi)

La termolisi richiede temperature elevatissime (minimo 2000°C, efficienza a 5000°C) per rompere i legami molecolari tra idrogeno e ossigeno. Il problema non è il raggiungimento delle temperature utili con un sistema a concentrazione solare ma nella resistenza dei materiali a tali temperature di esercizio. Per ovviare al problema si adotta un sistema di reazioni a temperature più basse in ciascuna delle quali alcune sostanze ausiliarie asportano dall'acqua l'idrogeno e l'ossigeno per poi rigenerarsi. 

Il reforming del metano è un processo basato su un insieme di reazioni dove l'idrogeno è fornito per metà dal metano e per metà dall'acqua. Il risultato di tale processo, che allo stato attuale è il più economico, prevede la produzione di anidride carbonica che dovrebbe essere confinata, stoccata. Il processo di reforming, che è di tipo endotermico, prevede cioè che parte del metano venga bruciato e questo comporta una minore produttività del metano stesso e la produzione di inquinanti. Per coprire il deficit di energia si può ricorrere all'energia solare. 

La pirolisi di biomasse ha il grande vantaggio di poter produrre solo idrogeno gassoso e carbonio solido, facilmente separabili. Anche in questa circostanza per coprire il fabbisogno di energia si può ricorrere all'energia del sole, eliminando alcuni problemi ambientali riscontrabili per il reforming.

Fonte  bluerosso.com/

 

 

 

 

 

 

 

 

Energia fotovoltaica

 

L'effetto fotovoltaico consiste nella trasformazione della luce in energia elettrica. Esso è noto fin dal secolo scorso, quando si scoprì che era possibile trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica tramite una cella elettrolitica senza passare per processi termodinamici. La prima applicazione commerciale si ebbe nel 1954 negli Stati Uniti, quando i laboratori Bell realizzarono la prima cella fotovoltaica utilizzando il silicio monocristallino.

Esistono due tipi di sistemi fotovoltaici: gli impianti senza accumulo e quelli con accumulo; 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.
Gli impianti con accumulo sono impiegati nelle "utenze isolate", cioè là dove gli utilizzatori non sono collegati alla rete, e quindi, se la loro fonte di elettricità fosse quella solare, ne rimarrebbero senza proprio la notte, quando la luce è indispensabile. Gli impianti senza accumulo sono normalmente utilizzati per fornire energia a una rete elettrica già alimentata da generatori convenzionali e servono ad immettervi altra energia.

          Attuale stato dell'arte: i semiconduttori al silicio

 
Attualmente i moduli fotovoltaici sono costruiti partendo da semiconduttori al silicio, le applicazioni sono essenzialmente per piccole potenze e sopratutto per utenze isolate dove sarebbe oneroso collegarsi con la rete elettrica e non sussistano altre fonti primarie quali venti costanti, corsi/salti d'acqua ecc., esistono centrali solari di qualche MWp più che altro utili a testare le tecnologie maturate, i costi degli impianti attualmente funzionanti sono non sono competitivi con gli altri sistemi di generazione di energia elettrica.
 Centrali solari fotovoltaiche

 Il generatore fotovoltaico:

E' costituito da un insieme di moduli fotovoltaici

I moduli sono costituiti da un insieme di celle   

Più moduli collegati insieme formano un pannello che può essere utilizzato anche  per piccoli sistemi.          

Un insieme di pannelli, collegati elettricamente in serie, costituiscono una stringa.             

Più stringhe, collegate generalmente in parallelo, costituiscono un campo di una centrale fotovoltaica

Informazioni sui sistemi fotovoltaici: enea.it/com/pubblicazioni/Op22.pdf

 

La centrale fotovoltaica di Serre (nell'immagine) è stata la più grande d'Europa fino al 2002, ha una potenza superiore ai 3 Mw

pluricom.it

composizione della centrale fotovoltaica

centrale fotovoltaica di Serre

 La cella fotovoltaica

                                                            E' il componente base dei sistemi fotovoltaici, un dispositivo costituito da una sottile fetta ( 0,3 mm ) di materiale semiconduttore (wafer), in genere silicio, opportunamente trattata.
Tale trattamento è caratterizzato da diversi processi chimici, tra i quali si hanno i cosiddetti “drogaggi”: inserendo nella struttura cristallina del silicio delle impurità, cioè atomi di boro e fosforo, si genera un campo elettrico e si rendono anche disponibili le cariche necessarie alla formazione della corrente elettrica. 

Riassumendo molto l'energia si ottiene quando i fotoni della luce solare, colpendo una cella, "strappano" gli elettroni più esterni (di valenza) degli atomi di silicio, gli elettroni sono raccolti dal reticolo metallico serigrafato sulla superficie visibile della cella che "incanalano" un flusso di elettroni ottenendo una corrente continua di energia elettrica.

 

 

 

 

 Pannelli con celle in silicio monocristallino

 

L' efficienza di queste celle fotovoltaiche è 12-16%,

Per la produzione di un pannello da un kWp occorrono 6-9 MWh di energia.

L'energia prodotta nella vita media (20 anni) da un pannello FV da 1 kWp è 18-24 MWh.

Il costo di un impianto con celle in silicio monocristallino è attualmente di circa 10-12.000 € al kWp, il costo diminuisce se l'impianto è di taglia maggiore.

Il wafer di monocristallo si produce con il metodo Czochralsky , basato sulla cristallizzazione di un “seme” di materiale molto puro, che viene immerso nel silicio liquido e quindi estratto e raffreddato lentamente per ottenere un “lingotto” di monocristallo, che avrà forma cilindrica (da 13 a 30 cm di diametro e 200 cm di lunghezza). Successivamente le celle ottenute affettando questo cilindro  vengono squadrate non completamente, lasciando i caratteristici angoli smussati, a volte anche a forme ottagonali, il colore è uniforme.

moduli in silicio monocristallino

        Pannelli

 

celle silicio monocristallino

    Modulo a 6 celle

  Pannelli con celle in silicio multicristallino

 

Le celle a silicio multicristallino  (o policristallino) possono avere efficienze del 10-13%

Per la produzione di un pannello da un kWp occorrono 4-7 MWh di energia.

L'energia prodotta nella vita media (20 anni) da un pannello FV da 1 kWp è 16-20 MWh.

Il costo di un impianto con celle in silicio policristallino è attualmente di circa 8-11.000 € al kWp, il costo diminuisce se l'impianto è di taglia maggiore.

Il wafer di multicristallo si origina dalla fusione e successiva ricristallizzazione del silicio di scarto dell’industria elettronica (“scraps” di silicio). Da questa fusione si ottiene un “pane” che viene tagliato verticalmente in lingotti con forma di parallelepipedo, per cui i wafer ottenuti hanno forma squadrata e le caratteristiche striature.

moduli silicio multicristallino

             Pannelli     

 

  cella in silicio policristallino

           Cella singola

Pannelli FV con film in silicio amorfo

 Con l’amorfo, in realtà, non si può parlare di celle, in quanto si tratta di deposizioni di silicio (appunto allo stato amorfo)in film sottili su superfici che possono anche essere ampie.

I moduli in silicio amorfo possono avere efficienze del 4-6% quelli monogiunzione e 7-10% con le tecnologie a doppia o tripla giunzione che sfruttano una più larga banda dello spettro solare utile.

Per la produzione di un pannello da un kWp occorrono 3-5 MWh di energia.

L'energia prodotta nella vita media (20 anni) da un pannello FV da 1 kWp è 10-18 MWh secondo la tecnologia adottata.

Il costo di un impianto con celle in silicio policristallino è attualmente di circa 6-9.000 € al kWp, il costo diminuisce se l'impianto è di taglia maggiore.

Il maggiore vantaggio dei moduli in silicio amorfo è la potenziale versatilità nell' integrazione architettonica dei moduli FV, sia per quanto concerne la forma che le tonalità cromatiche, fino ad ottenere anche superfici semitrasparenti utilizzabili in facciate vetrate.

Descrizione delle caratteristiche dei moduli in silicio amorfo                                ecorete.it/solare-moduli-fotovoltaici.php  

Approfondimenti tecnici sulle tecnologie fotovoltaiche in commercio enerpoint.it/fotovoltaici/Approfondimenti.htm

 

Altre fonti

eere.energy.gov/pv/amorphous.html    eere.energy.gov/pv/sipolysi.html  sandia.gov/pv/docs/PVFSCThin-Film.htm   msk.ne.jp/italian/product/pro08000.html  sekam.it/sistemi_fotovoltaici.htm  
e-alternativa.it/tegole.html     
soco.it/index-ita.htm                                           
solarex.it        
enea.it/Attivita/SIAM/SiSubstratoVetro.htm  
enea.it/Attivita/SIAM//ModuliA-Si.htm   sandia.gov/pv/docs/Gallium_Arsenide.htm 
remtechnology.net/tegola solare.htm  

modulo silicio amorfo tipo tegola

     "Tegola" solare

 

moduli silicio amorfo tipo coppo

      "Coppo" solare

 

modulo in silico amorfo

    Pannello silicio amorfo

 

modulo in silicio amorfo semitrasparente

   Modulo semitrasparente

 La tecnologia Laser a contatti sepolti (LGBG) per le celle fotovoltaiche al silicio

La tecnologia attualmente più usata per la realizzazione delle celle al silicio prevede che i contatti metallici vengano saldati sulla superficie della cella, comportando alcuni svantaggi fra cui una riduzione dell’area captante. La tecnologia LGBG si basa invece sulla possibilità di "nascondere" i contatti all’interno della cella. Un laser viene utilizzato per creare dei solchi sulla superficie della cella all’interno dei quali viene poi fuso il metallo a base di rame che fungerà da conduttore per l’elettricità prodotta. Questo processo, inventato da Martin Green e Stuart Wenham nel 1984, è stato poi applicato per la realizzazione di celle commerciali dal 1992. Attualmente le celle LGBG raggiungono un’efficienza del 17%, ma gli esperti prevedono di raggiungere a breve il 20%.

L'attuale impianto fotovoltaico di maggior potenza 

Sarà installato in Germania il più grande impianto fotovoltaico del mondo. Il sistema fotovoltaico coprirà complessivamente una superficie di circa 45.000 m2 e sarà posto sulla copertura di un grande deposito di proprietà dall’azienda tedesca di servizi TTS Global Logistics. Con una potenza di 5 MW, supererà in grandezza le installazioni solari "record" già esistenti in Germania, come l’impianto da 4 MW di Hemau, ultimato dalla Solartechnik GmbH nel 2003 ("Ilsolea360gradi", n.11/2002), e quello da 2,1 MW realizzato alla Shell Solar presso il Trade Center di Monaco. Per la copertura presso la Global Logistic verranno utilizzati oltre 35.000 moduli FV in silicio monocristallino ad alta efficienza, i "Saturn" della BP Solar che utilizzano la tecnologia a contatti sepolti -LGBG. Il progetto, che ha un costo di 20 milioni di euro, è stato curato dall’azienda tedesca Tauber Solar, in collaborazione con altre aziende del settore solare. L’elettricità prodotta verrà venduta alla rete di distribuzione locale secondo i termini previsti dalla legge nazionale per le energie rinnovabili (EEG).

Fonte                                                                                             ilsolea360gradi.it/2003/settembre2003.pdf  Pag.8

Le 50 centrali fotovoltaiche di maggior potenza nel mondo pvresources.com/en/top50pv

 

Tipologia modulo Energia  spesa per 1 kWp (energia grigia)

Energia prodotta       da 1 kWp in 20 anni

Costo impianto  per kWp (Italia)
Monocristallino    6-9 MWh    18-23 MWh   10-12.000 €
 Policristallino    5-7 MWh    16-19 MWh     8-11.000 €
 Amorfo    3-5 MWh    10-17 MWh      6- 9.000 €

Nella tavola sopra una sintesi tra le diverse caratteristiche e rese delle varie tipologie di moduli in commercio 

      Ricerca  & Sviluppo: Celle fotovoltaiche multigiunzione

 

Dagli anni 90 sono iniziate le esplorazioni di una nuova tecnologia per migliorare l'efficienza delle celle fotovoltaiche utilizzando delle cella composte, costituite da differenti materiali semiconduttori disposti a strati, uno sull'altro, e che permettono alle differenti porzioni di spettro solare di essere convertite in elettricità a differenti profondità, aumentando con ciò l'efficienza totale di conversione della luce incidente. Viene anche definita come Split spectrum cell o VMJ. (Vertical Multijunction Cell)

 

Quando i fotoni della luce solare raggiungono una cella FV solo quelli con un determinato livello di energia possono liberare gli elettroni dai loro legami atomici per produrre una corrente elettrica.

Se la cella FV ha la caratteristica di avere un più largo spettro del  livello assorbente di energia il suo rendimento sarà maggiore, questo è possibile "sovrapponendo" film sottili di diversa banda di "eV"

Quando i fotoni della luce solare raggiungono una cella FV solo quelli con un determinato livello di energia possono liberare gli elettroni dai loro legami atomici per produrre una corrente elettrica.

Se la cella FV ha la caratteristica di avere un più largo spettro del  livello assorbente di energia il suo rendimento sarà maggiore, questo è possibile "sovrapponendo" film sottili di diversa banda di "eV"

gradiente spettro solare
Oggi buona parte della ricerca sulla tecnologia a multigiunzione è incentrata sui semiconduttori all' arsenuro di gallio (GaAs) su uno o anche su tutti i films componenti la cella,in laboratorio queste celle hanno raggiunto efficienze del 35%, altri materiali utilizzati nella ricerca per questa tecnologia sono il rame indio diselenide  (CuInSe2), il telloruro di cadmio(CdTe), fosfuro di indio-gallio (GaInP2) Band gaps illustration

La ricerca è mirata anche ad esplorare  metodi utili ad abbassare il costo delle celle a film sottili prodotte con materiali innovativi, come la produzione di supporti-pellicola meno costosi, sistemi per il recupero dei semiconduttori a fine vita delle celle, rendere più sottili i film di semiconduttori.

Tunneljunction:                                              Nell' esempio a destra il dispositivo  multijunction usa una cella superiore al fosfuro di indio-gallio, una "giunzione passante" per aiutare il flusso degli elettroni fra le celle e la cella inferiore all' arsenuro di gallio

 

Tunneljunction

Fonte ed immagini

eere.energy.gov/pv/bandgaps.html                               eere.energy.gov/pv/multijunction3.html           science.nasa.gov/headlines/y2002/solarcells.htm 

 

Pagine in italiano                                                                                                          energia-online.com/dossier/enalt/spectralab.htm   lescienze.it/specialna.php3?id=6350 

Le tecnologie a multigiunzione possono essere abbinate alla tecnologia dei concentratori solari FV con migliori rendimenti e costi potenzialmente più contenuti                                                              nrel.gov/highperformancepv/news.html                                   nrel.gov/highperformancepv/  

Pannelli in silicio amorfo con tecnologie a tripla giunzione, il rendimento è inferiore al 10% non si conoscono i prezzi e le garanzie (I prodotti con silicio amorfo perdono in breve tempo una percentuale del loro rendimento  iniziale)                                       e-alternativa.it/prodotti.html     

In USA sono commercializzati pannelli FV con tecnologie a doppia giunzione,  rendimenti anche oltre il 20%, al momento i costi rimangono elevati spectrolab.com/cells/listing.asp                                   spectrolab.com/                                                                    

I Sandia National Laboratories sono tra i maggiori sperimentatori di celle a multigiunzione                                                           sandia.gov/pv/docs/PVFSCMulijunctional_Devices.htm 

Altri links                                                               lamel.bo.cnr.it/research/photovoltaics/index.html 

 

Ricerca  & Sviluppo:  Celle fotovoltaiche a concentrazione

 
Il concentratore fotovoltaico consiste in piccoli concentratori che utilizzano lenti Fresnel o microprismi, in grado di concentrare (moltiplicare) i soli, fino a 500 volte la potenza.
Un' unità di base tipica del concentratore Fv consiste in un sistema ottico che mette a fuoco la luce, un complesso di celle FV, un concentratore secondario per riflettere i raggi luminosi eccentrici sulla cella, un sistema per dissipare il calore eccedente dovuto alla concentrazione, i vari contatti e sistemi di fissaggio dei componenti.

Il modulo illustrato è composto da 12 unità in una configurazione 6*2. Queste unità di base possono essere unite nelle volute configurazioni per l'ottenimento del modulo nel formato voluto.

 Immagine di base dell'unità del concentratore

 

 

 Prototipo del progetto spagnolo Euclides.

in pratica il sistema di concentrazione è simile ad una applicazione per i sistemi di concentrazione termosolare ad inseguimento, invece di essere scaldato il fluido termodinamico viene irraggiato il sistema contenente le celle FV con ottica di concentrazione abbinate al sistema di dissipazione del calore dovuto alla concentrazione.

Il sistema sperimentale è lungo 24 metri, si sono ottenute efficienze del 16%

Un prototipo più avanzato è installato a Tenerife, è composto da 14 file di concentratori lunghi 84 metri per una potenza di 480 kW

Il costo finale è ancora elevato, circa 5.000 € al kWp

Fonte                                                           iter.es/pre-instalaciones-recorrido-euclides.htm 

concentratore fotovoltaico euclides 1

concentratore fotovoltaico euclides 2

 

 

le due immagini a fianco rappresentano sistemi piani con inseguimento solare su due assi con supporto singolo, prototipi realizzati con il contributo del governo USA

Fonte ed immagini

eere.energy.gov/pv/concentrators2.html  

sandia.gov/pv/docs/Concentrator.htm 

eere.energy.gov/pv/tracking.html 

eere.energy.gov/pv/concentrators.html  

 

concentratore fotovoltaico 1

concentratore fotovoltaico 2

 

 

Le immagini a lato rappresentano un sistema modulato di concentratori fotovoltaici con la caratteristica di potersi disporre anche parallelamente al terreno per utilizzare  la luce diffusa nei periodi di cielo velato o parzialmente coperto.

Il prototipo è installato a Rockingham, in Australia

 

Fonte ed immagini 

solar.anu.edu.au 

concentratore fotovoltaico 3

concentratore fotovoltaico 4

 

Con sistemi FV a concentrazione è possibile ottenere anche energia termica dal sistema di raffreddamento delle celle, si può così ottenere un sistema di cogenerazione

Fonte ed immagine

bsrsolar.com/core1-4.php3 

schematic presentation of COOLPHOTON
1. concentratore FV cells
2. Sistema a filtro trasparente
3. Pompa del circuito di raffreddamento
4. Scambiatore di calore
5. Uscita energia termica

Le tecnologie a concentrazione FV sono interessanti per la possibilità di ridurre la quantità si semiconduttore necessario alla produzione dei moduli che sono i componenti più costosi. I concentratori possono essere realizzati con materiali relativamente economici. L'efficienza è data dal rapporto di concentrazione il quale può raggiungere un fattore di 400- 500 soli.

La maggiore efficienza dei concentratori FV si è ottenuta abbinandoli a celle multigiunzione con film sottili  a base di semiconduttori innovativi e a basso costo

La società Spectrolab, (Boeing) che fornisce i moduli fotovoltaici per la NASA ha raggiunto i massimi record nella concentrazione FV con un'ottica a 400 soli ed impiegando celle a tripla-giunzione con un'efficienza del 34%, in prospettiva a medio termine questa società prevede costi per produzioni in grande scala di 1.000 € al kWp e a lungo termine fino a 500 €  al kWp                             epri.com/journal/details.asp?id=210

In Italia si stanno compiendo alcuni studi anche sulla concentrazione FV e sui suoi componenti

1° PREMIO: Federico Bizzi (Serravalle Ferrara) Laureato presso la Facoltà di Ingegneria dei materiali

Tesi di laurea: “Progettazione e realizzazione di un microscambiatore di calore per il raffreddamento di celle fotovoltaiche a concentrazione”.
(La tesi è stata presentata alla Conferenza europea Pv in Europe From Pv technology to energy solution Roma ottobre 2002). La riduzione delle dimensioni dei componenti elettronici e dei circuiti integrati ha comportato la necessità di smaltire gli elevati flussi termici generati, tramite complessi sistemi di refrigerazione. Il problema della dissipazione termica è di grande attualità e rientra nel grande filone delle energie rinnovabili. La tesi mette a punto un progetto di microscambiatore di calore, per il raffreddamento di celle fotovoltaiche nei sistemi a concentrazione, oltre i limiti imposti dai sistemi tradizionali. A lavoro ultimato, il microscambiatore si presenta come una piastrina di 1 cm x 1 cm, di spessore inferiore al millimetro. Risultati finali: miglioramento dell’efficienza e riduzione del costo complessivo di realizzazione del sistema cella-scambiatore. La tecnologia può prestarsi all’utilizzo su larga scala.

Altre fonti:

pvresources.com
epri.com/journal
opet.net.cn
pvresources.com              

         Ricerca & Sviluppo:  Sistemi  termo-fotovoltaici

 

Con il termine  termofotovoltaico si indicano due diverse tecnologie:

1)Nel primo caso si tratta di pannelli fotovoltaici che trasformano le onde all'infrarosso in energia elettrica, l'energia primaria è generalmente data da combustibili, in teoria anche l'energia solare concentrata ad alte temperature può essere utilizzata. Questa tecnologia è nota con l'acronimo TPV

2) La più semplice e in qualche misura presente nel mercato, consiste in pannelli nei quali sono integrati un collettore termosolare e celle fotoelettriche, l'energia primaria è solare diretta, questa tecnica può essere interessante nel caso il fluido termico sia in grado di regolare la temperatura delle celle fotovoltaiche, le quali generalmente hanno maggiore efficienza ad una temperatura di 20/25° C. Questa tecnologia rientra nei sistemi integrati TPVS ed in pratica è un sistema solare di cogenerazione.

 

   Termo Photo Voltaic

Il sistema Termo Foto Voltaico  è un processo che genera energia elettrica mediante celle fotovoltaiche sensibili alla radiazione infrarossa irraggiate da un corpo portato a temperatura di emissione con un bruciatore.

Il concetto è di far avvenire una combustione controllata all’interno di uno shield di materiale opportuno che, raggiunta la temperatura di esercizio, emette una radiazione principalmente infrarossa. Detta radiazione, successivamente filtrata e condizionata, investe celle sensibili a detta lunghezza d’onda e che trasformano la radiazione incidente in energia elettrica (cc).

 I vantaggi principali dichiarati dai ricercatori sono :

  • Versatilità. Può bruciare qualsiasi tipo di combustibile (diesel, gas naturale, biogas, syngas etc)
  • Ambientalmente compatibile. Il sistema di combustione è lo stato dell’arte per quanto riguarda efficienza ed emissioni.
  • Silenziosità. È una macchina statica, senza parti in movimento e conseguentemente senza necessità di frequenti ed onerosi interventi di manutenzione.
  • Elevata efficienza globale
  • Rapporto fra energia termica ed elettrica prodotta ottimale per soddisfare le esigenze dell’utente 

combustore di generatore termofotovoltaico

Schema del combustore del generatore termofotovoltaico.
 Per operare ad elevate temperature in condizioni di elevata
 fatica termica il sistema contiene diversi componenti
 ceramici ideati, e fabbricati dall'Università di Lecce

antonio.licciulli.unile.it

 

Fonte:          
eptech.it/
iop.org/se
dcas.cnr.it/
edilportale.com    
euklima.com/ 

schema di impianto termofotovoltaico
 Thermo-PhotoVoltaic System:  

 

Può essere un sistema interessante se contribuisce a "rafreddare"le celle fotovoltaiche quando queste si surriscaldano in presenza di eccessiva insolazione, situazione che riduce l'efficienza fotovoltaica. 

Fonte casafelice.com

 

modulo termofotovoltaico
Un progetto che esplora la possibilità di massimizzare l'utilizzo della radiazione solare con sistemi minimi e a costi contenuti, prevede l'integrazione di moduli fotovoltaici e collettori termosolari in un sistema a concentrazione solare con inseguimento del sole su due assi, un sistema tipo ha una potenza elettrica e termica rispettivamente  di 1,8 e 17 kW, la temperatura massima del fluido termico è di 55°C e i moduli fotovoltaici sono previsti in silicio monocristallino

Fonte sic-divisione/ita/wind_ita.htm

immagine modulo termofotovoltaico con specchi concentratori

sistema termofotovoltaico a concentrazione

Ricerca & Sviluppo:  Celle fotovoltaiche organiche, polimeriche, plastiche

 

Il principio del loro funzionamento e' stato individuato nel 1990 dal chimico svizzero Michael Graetzel che, ispirandosi alla fotosintesi per convertire la luce in corrente elettrica, ha pensato di porre sulla superficie di un semiconduttore uno strato di molecole organiche trattate in modo da metterle in grado di assorbire la luce.

Se prodotte a livello industriale, le celle di Graetzel potrebbero superare in breve tempo in efficienza e convenienza le attuali celle fotovoltaiche in silicio. Gli esperti che lavorano al progetto prevedono che entro i prossimi dieci anni il costo dell'energia solare potrà essere paragonabile a quello degli impianti tradizionali.

 

Il vetro serve solo da supporto ad una "vernice" polimerica-organica

Per il momento un  prototipo delle celle solari organiche fa funzionare un piccolo ventilatore.

 

La STMicroelectronics, società italo-francese, leader nella produzione di semiconduttori, ritiene sia possibile produrre sistemi fotovoltaici con semiconduttori organico-polimerici ad un costo di 200 € al kWp: 20 volte meno dei sistemi attuali al silicio, l'efficienza dovrebbe essere del 5-10% e quindi per avere 1 kWe di picco servono dai 20 ai 10 mq di superficie fotovoltaica.

La commercializzazione è prevista per il 2005. Tale prospettiva riapre completamente le potenzialità del fotovoltaico che diventerebbe una fonte enorme e semplice da utilizzare.

 

Cella fotovoltaica organica di Graetzel

 Le celle solari "Dye-sensitized"

Il team della ST Microelectronic seguirà l’approccio di ricerca sviluppato nel 1990 dal professor Michael Graetzel dello Swiss Federal Institute of Technology, basato su un principio analogo a quello della fotosintesi. In una cella convenzionale, un singolo materiale come il silicio svolge tutte le tre funzioni essenziali al funzionamento della cella, e cioè assorbire la luce solare (convertendo i fotoni in elettroni e lacune), resistere al campo elettrico necessario a separare gli elettroni dalle lacune e condurre le cariche libere (elettroni e lacune) ai collettori delle celle. 

Per assolvere in modo efficiente a queste tre funzioni è necessario che il materiale semiconduttore abbia elevata purezza e questo è il principale motivo per cui le celle solari al silicio sono troppo costose per competere con le tradizionali forme di produzione di elettricità.

La cella sviluppata da Graetzel, conosciuta come Dye-Sensitized Solar Cell (DSSC), riproduce il meccanismo usato dalle piante per convertire la luce del Sole in energia utile, dove ogni funzione è assegnata ad una diversa sostanza. La cella DSSC usa un colorante organico (in pratica un fotosensibilizzatore) per assorbire la luce e creare una coppia elettrone-lacuna, uno strato di ossido metallico nanoporoso ad elevata area superficiale come conduttore di elettroni ed un elettrolita liquido come conduttore delle lacune. Ulteriori sviluppi di queste celle prevedono la sostituzione dell’elettrolita liquido generalmente usato per la funzione del trasporto delle lacune con polimeri conduttori. Ciò potrebbe consentire un’ulteriore riduzione dei costi e quindi un importante passo verso la competitività dell’elettricità solare fotovoltaica.

Fonte ilsolea360gradi.it/2003/novembre2003.pdf  pag 8

Altre fonti
metasviluppo.it/page/info/news/news_2003/08_05_03.html freeenergy.greaterthings.com/newstuff/index.html cnn.com/2003/TECH/biztech/10/02/solar.cells.reut/index.html
lescienze.it/specialna.php3?id=5143
it.gsmbox.com
lescienze.it/specialna.php3?id=4624                                                                     
epfl.ch/icp/ICP-2/solarcellE.html                                 solaronix.com/menu2.html                        softsolids.physics.uq.edu.au/our_research.html                      solterra.ch/dye1ait.htm                                                    sinicco.com/it/processi%20per%20riciclaggio%20e%20riutilizzo.htm  giornaletecnologico.it/hitech/200203/30/3ca5ca9501588/ optics.org/articles/news/8/6/3/1                                       pcmag.com/article2/0,4149,416835,00.asp                               eurekalert.org/pub_releases/2003-09/pu-ntc091103.php  

    Progetti "spaziali"

 
Un progetto per molti versi più utopistico di altri sulle svariate tecnologie energetiche, sopratuuto ma non solo  per i costi e per svariati problemi tecnici, probabilmente potrebbe anche risultare pericoloso per il fascio di microonde che dovrebbe essere trasmesso in continuo a terra, si tratta di satelliti geostazionari che raccogliendo la radiazione solare ad una quota alla quale non si hanno dispersioni in atmosfera permette una maggiore efficienza dei moduli fotovoltaici.

 

Un progetto ancora più impegnativo prevede la creazione di centrali lunari, illustrato di seguito in un articolo pubblicato da boiler.it 

L’ENERGIA PROVENIENTE dal Sole che viene irradiata verso la Luna potrebbe costituire un’interessante, nuova forma di energia alternativa da utilizzare sulla Terra: è questo quanto annunciato da David Criswell, direttore dell’Institute for Space Systems Operations all’Università di Houston. Criswell propone di realizzare un sistema lunare di raccolta dell’energia solare (Lsp), usando i materiali che si trovano sul satellite per costruire delle basi sulla Luna, in grado di raccogliere l'energia solare e convertirla in microonde, che sarebbero irradiate a diverse migliaia di strutture riceventi, sparse sulla Terra. Qui, le microonde sarebbero convertite in elettricità da inserire nelle griglie locali di alimentazione. Attualmente, un impianto basato su questo sistema è già in efficiente funzionamento, precisa il fisico sull’ultimo numero de The Industrial Physicist: un telescopio radiofonico dell'osservatorio di Arecibo a Puerto Rico usa, infatti, regolarmente un fascio di microonde per produrre le immagini della Luna. Secondo il progetto proposto da Criswell, la costruzione entro il 2050 di 20-40 basi lunari consentirebbe di soddisfare il fabbisogno energetico di circa 20 terawatt di una popolazione futura, stimata intorno ai 10 miliardi di individui.

 

                 Modulo fotovoltaico orbitante

schema dell'impianto sperimentale

                   

«In linea di principio il progetto è perfettamente fattibile, ma il problema più importante è il costo», commenta Paul Lowman, un geologo del Goddard Space Flight Center della Nasa. «Il progetto di Criswell avrà bisogno di un’enorme quantità di persone, con dei costi molto alti». «Attualmente abbiamo già molte difficoltà per sostenere l’International Space Station (Iss), con tutti i suoi importanti progetti di ricerca», aggiunge l'ex senatore e astronauta John Glenn. «Andare di nuovo sulla Luna, realizzare e mantenere operativa una rete di basi per la produzione di energia potrebbe essere un’operazione veramente molto costosa». «Secondo me, il solo problema esistente riguarda il fatto che, non essendo stati sulla Luna negli ultimi trent’anni, non abbiamo molte conoscenze su come utilizzare le risorse del satellite», ribatte Martin Hoffert, fisico presso l'Università di New York e coautore di Beam It Down: How the New Satellites Can Power the World; «ma da un punto di vista tecnico, io credo che il progetto molto probabilmente funzionerebbe».

Criswell ha cominciato a valutare l’idea di costruire delle centrali elettriche localizzate sulla Luna più di vent’anni fa, mentre lavorava per il Lunar Science Institute, attuale Lunar and Planetary Institute, fondato nel 1967 da Lyndon Johnson. Durante la sua permanenza presso la struttura, infatti, lo scienziato ha seguito un progetto rivolto alla possibile conversione di materiali lunari in materie prime utilizzabili sulla Terra, come, per esempio, la trasformazione della bauxite in alluminio, concludendo che nelle rocce lunari l’abbondanza di silicio, magnesio, alluminio e titanio poteva consentire la facile costruzione di batterie solari, traendo così spunto per il concepimento del progetto Lsp. «Attualmente la Nasa non è interessata alla Luna, in quanto ha avviato molti programmi di ricerca in altri campi, come per esempio la vita su Marte», afferma Lowman. «Soltanto un aumento del surriscaldamento terrestre dovuto all’anidride carbonica potrebbe cambiare le cose, ma in questo momento non credo ci siano molte possibilità di realizzare il programma proposto da Criswell», conclude lo scienziato.

Aspetti economici

L'attuale tecnologia fotovoltaica non è ancora competitiva con gli altri sistemi: il costo dell'energia ottenuta da sistemi fotovoltaici è dieci volte superiore al costo dell'energia ottenuta da sistemi eolici e 4/5 volte superiore al costo dell'energia ottenuta da centrali solari termoelettriche. Attualmente un impianto da un kW costa 10/15.000 € chiavi in mano, questo comporta l'impossibilità di ammortare il costo dell'impianto, mediamente senza incentivi pubblici si riesce a rientrare da 1/3 a 1/2 dell' investimento.

Fonte                                                       minambiente.it/FontiRinnovabili/fotovoltaico.asp 

E' vero per altro che una maggiore diffusione delle applicazioni FV permette una notevole riduzione dei costi, l'esempio è dato dalla Germania e dal Giappone dove in questi anni sono stati installati numerosissimi sistemi FV ed i costi sono inferiori alla metà dei costi attuali in Italia, fino a 4.000 € al kWp.

In Germania è in vigore una legge-incentivo che prevede un "premio" di 0,5 € al kWh immesso in rete, perfino eccessivo, il recepimento delle direttive comunitarie da parte del ns governo sembra che porti all'attuazione anche in Italia di una legge simile.

In alcuni casi in cui non ci sia la possibilità di accedere alla rete elettrica può già oggi essere conveniente installare dei pannelli fotovoltaici, rimane il problema della necessità di accumulatori-batterie che aumentano i costi e danno problemi di smaltimento degli acidi utilizzati, almeno data l'attuale tecnologia.

La speranza per  una maggiore concretezza è riposta nelle nuove tecnologie in fase di sperimentazione, le più promettenti sono quelle polimeriche-organiche a minor rendimento (maggior superficie necessaria) ma  dovrebbero ridurre drasticamente il costo del kWp installato