ENERGIA SOLARE

CONTENUTI

TIPOLOGIE DI IMPIANTI:

    -    IMPIANTI TERMOELETTRICI:

             _    SPECCHI PARABOLICI LINEARI   

             _    TORRI SOLARI

             _    CONCENTRATORI PARABOLICI INDIPENDENTI

        -    GESTIONE DELLE FLUTTUAZIONI NELLA PRODUZIONE DI ENERGIA 

        -    COSTI

    -    IMPIANTI FOTOVOLTAICI

    -    COME SUPERARE I LIMITI

TIPOLOGIE DI IMPIANTI 

Esistono 2 soluzioni per assorbire e sfruttare l’energia del sole: 

1. Impianti termoelettrici
2. Impianti fotovoltaici

1.  IMPIANTI TERMOELETTRICI

 Ci sono vari tipi di collettori solari termici:

• Specchi parabolici lineari
• Torri solari
• Concentratori parabolici indipendenti

 SPECCHI PARABOLICI LINEARI

Denominati con il termine SEGS, 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 turbogeneratore elettrico. La temperatura tipica di operazione è di 390 °C. Tali impianti oggi hanno potenze tipiche dell’ordine di 30-80 MW (totale installato 354 MW) elettrici e bruciano anche una certa quantità di combustibile fossile (gas naturale) per produrre energia quando l’energia solare è deficitaria

TORRI SOLARE

Un sistema di specchi che inseguono il moto del sole su doppio asse, chiamati eliostati, riflettono l’energia solare su di un recettore 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 turbogeneratore elettrico. Le torri solari sono particolarmente adatte alla produzione centralizzata di energia nell’intervallo di potenza solare da 100 a 200 MW elettrici

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, quantunque altri metodi (Brayton) siano anche utilizzati. Le dimensioni dei singoli moduli possono variare nell’intervallo da 5 a 50 kW elettrici; con una serie di tali concentratori si possono realizzare impianti di qualsiasi taglia e potenza. Il calore può eventualmente essere raccolto attraverso guide di calore (heat-pipes) presso una stazione di potenza localizzata centralmente.

GESTIONE DELLE FLUTTUAZIONI NELLA PRODUZIONE DI ENERGIA 

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 le fluttuazioni dovute ai transienti (nubi).

 Operazione congiunta solare-fossile: durante i periodi prolungati di assenza di calore solare, l’energia mancante è prodotta con combustibili fossili, con riduzione dei costi. Questi sistemi ibridi sono economicamente convenienti anche per potenze solari più modeste. 

I COSTI

Il costo unitario dell’elettricità prodotta (LEC) delle più recenti installazioni da 80 MW elettrici di Specchi parabolici lineari (SEGS) è dell’ordine di 13 c€/kWh. Esso è da 1/3 a 1/5 del prezzo dell’elettricità prodotta oggi da impianti fotovoltaici.

 Le Torri solari con accumulo di energia promettono efficienze di conversione superiori e investimenti iniziali inferiori. Una serie di studi internazionali ha indicato costi, con proiezione a breve termine, di 8-13 c€/kWh. Essi prevedono che, a medio termine (2010), l’elettricità prodotta avrà costi dell’ordine di 5 c€/kWh.

 I Concentratori parabolici indipendenti sono oggi competitivi per la produzione di energia in una nicchia ad alto costo per installazioni non connesse alla rete.

Si prevede che essi potranno raggiungere gradualmente costi confrontabili con quelli delle torri solari su larga scala. Miglioramenti nel progetto, basati sull’esperienza acquisita, potranno ridurre i costi di operazione e di manutenzione (O&M) dal 30 al 50% per tutte le tecnologie.

2.    IMPIANTI FOTOVOLTAICI

 Il silicio cristallino è un semiconduttore in cui la differenza di energia tra banda di valenza e banda di conduzione è di 3.2 eV. Sostituendo alcuni atomi di silicio (quadrivalente) con atomi trivalenti o pentavalenti si abbassa la differenza tra le bande fino a 1.1 eV. La luce visibile viene assorbita dal cristallo che libera elettroni nella banda di conduzione. Questi elettroni sono liberi di muoversi e possono quindi essere raccolti per mezzo dei campi elettrici che si creano alla giunzione di uno strato di silicio drogato con atomi pentavalenti e uno strato drogato con atomi trivalenti.

Efficienza per celle commerciali: 13÷17% La gestione delle fluttuazioni di potenza si realizza con batterie accumulatrici. Nella sua vita, un modulo fotovoltaico produce da 4 a 10 volte più energia di quella che è stata necessaria per fabbricarlo.

COME SUPERARE I LIMITI

• miglioramento dell’efficienza tramite la ricerca         
• promozione della domanda tramite l’economia di scala
• riconoscimento dei benefici ambientali tramite certificazioni delle esternalità
• eliminazione dell’intermittenza a breve termine tramite sistemi di accumulo del calore
• eliminazione dell’intermittenza a lungo termine tramite la trasformazione dell’energia elettrica in energia chimica da impiegare in altri usi energetici