L'energia solare

L'energia solare è la fonte rinnovabile di energia più abbondante. La radiazione solare che giunge annualmente sulla superficie esterna dell'atmosfera è di circa 1,5×10^18 kWht. In conseguenza dei processi di riflessione e di assorbimento dell'atmosfera, l'intensità della radiazione solare sulla terra è in media di circa 1 kW/m². L'intensità della radiazione solare varia ampiamente per le diverse regioni del globo e in relazione alle diverse condizioni meteorologiche. L'utilizzazione dell'energia solare è ridotta dalla sua limitata concentrazione e dalle variazioni diurne e stagionali. I metodi di sfruttamento possibili allo stato attuale della tecnologia sono: la conversione in calore con eventuale ulteriore trasformazione in energia cinetica, elettrica o chimica; la conversione diretta in energia elettrica; la conversione diretta in energia chimica. La conversione dell'energia solare in calore può avvenire mediante il sistema a pannelli piani (calore a bassa temperatura) o mediante sistemi a concentrazione (calore a media-alta temperatura). L'efficienza della conversione in calore della radiazione solare è limitata da alcuni fattori quali: la riflessione della radiazione solare sulla superficie del collettore; le perdite di calore per conversione e conduzione dal collettore; l'irraggiamento di calore dal collettore. Nei collettori, superfici selettive consentono un elevato assorbimento di radiazioni nel campo delle radiazioni visibili (a1) e una bassa emissione di r adiazioni nel campo dell'infrarosso (e2). Negli attuali collettori si possono ottenere valori di a1/e2 di 10÷15. I collettori piani sono costituiti essenzialmente da: una superficie assorbente (alto a1 e basso e2); un coperchio trasparente (basso e2); un isolamento termico sul retro; elementi per il trasferimento del fluido. Operano in un campo di temperatura tra i 40 e i 100 ºC e hanno un'efficienza di conversione di circa il 70%. Vi sono vari tipi di sistemi concentratori (lineari, parabolici, sferici) e possono avere fattori di concentrazione da 2 a 1.000. La torre solare è un caso particolare di sistema a concentrazione utilizzata per produrre energia elettrica. In questo schema la radiazione solare è captata da specchi piani mobili (eliostati) e viene focalizzata in un punto in cui è localizzata la caldaia solare. La temperatura di funzionamento della turbina, che è basata sul ciclo Bryton, è di circa 550 ºC. La potenza elettrica in uscita può variare tra 10 e 100 MW. La superficie degli specchi necessaria per 20 MWe di potenza è di circa 60.000 m². La conversione diretta della radiazione solare in energia elettrica avviene per mezzo dell'effetto fotovoltaico. Per realizzare questo tipo di conversione, sono stati studiati vari dispositivi. Attualmente celle al silicio (monocristallino o policristallino) e film sottile di CdS-Cu2S sono disponibili per generatori dell'ordine di qualche kW. L'efficienza di conversione di queste celle varia tra l'8 e il 15%. Le celle all'arseniuro di gallio, unitamente a sistemi di concentrazione, possono raggiungere efficienze del 25%. I generatori fotovoltaici, per potenze fino a 1 kW, possono essere utilizzati per i sistemi di comunicazione, di illuminazione e di pompaggio dell'acqua; per potenze fino ai 100 kW, come centrali elettriche per villaggi isolati e a scopo agroindustriale di piccola scala.