Energia solare

La conversione della energia della radiazione solare in calore è uno dei modi più conosciuti e sfruttati per utilizzare l’energia solare. I parametri chiave per il progetto di un impianto solare sono la temperatura e la porzione di energia utilizzabile, determinate per la maggior parte dalla latitudine dell’impianto (da cui dipende la concentrazione della radiazione solare) e dalle caratteristiche della superficie assorbente.
La radiazione solare può essere sfruttata direttamente o indirettamente.
Nel primo caso l’energia può essere impiegata per il riscaldamento e il condizionamento degli ambienti e per il riscaldamento dell’acqua (in abitazioni, strutture sportive, ecc.), e l’impianto si definisce Termico.
Nel secondo caso il calore viene sfruttato in cicli termodinamici che consentono produzione di elettricità da immettere direttamente nella rete, e si parla di impianti Termodinamici.

SOLARE TERMICO
Il funzionamento è relativamente semplice e si basa sulla capacità che hanno i corpi neri di assorbire calore.
Riscaldamento dell’acqua: la superficie annerita di una lastra metallica (collettore solare) esposta al sole assorbe calore e lo cede all’acqua che viene fatta circolare all’interno di tubi a contatto con il collettore, che cede quindi il calore assorbito al fluido riscaldandolo. Quindi l’acqua viene inviata ad un serbatoio di stoccaggio ed è pronta per essere impiegata come acqua calda nell’ambiente domestico.
Riscaldamento dell’aria: ha un funzionamento analogo al precedente. A contatto con il collettore solare ci sono tubi in cui viene inviato un flusso di aria proveniente dall’interno dell’abitazione. L’aria si riscalda a contatto con la superficie del collettore, e quindi in parte viene inviata direttamente nell’abitazione, in parte ad un serbatoio di stoccaggio per il riscaldamento notturno.
 
SOLARE TERMODINAMICO
Ci sono fondamentalmente tre tipi di impianti che producono energia elettrica attraverso cicli termodinamici lavorando a medie o alte temperature:

• Parabolic Dish (Specchi parabolici): la superficie riflettente è costituita da un disco a sezione parabolica mobile, che insegue su due assi la radiazione solare concentrandola nel punto focale, in cui è posto un collettore termico. Il calore immagazzinato dal collettore alimenta direttamente un motore (motore Stirling), grazie al quale si ottiene la trasformazione in energia elettrica. Il rendimento di questo motore può raggiungere anche il 40% e permette di usare direttamente la radiazione senza ulteriori perdite di calore, però questi impianti sono molto costosi e difficili da gestire.
• Parabolic Trough (Specchi semicilindrici lineari a sezione parabolica): sono costituiti da semi-cilindri a sezione parabolica, che inseguono la radiazione ruotando solo attorno al loro asse e la concentrano nel fuoco che si sviluppa linearmente. Il collettore è quindi lineare, ed al suo interno viene fatto circolare il fluido che costituisce lo scambiatore primario. Il fluido primario cede poi il calore ad un fluido secondario (generalmente acqua) collegato al gruppo turbina-alternatore, che trasforma l’energia termica in elettrica. Questi collettori vengono disposti sul terreno in file parallele, pertanto richiedono grandi spazi aperti, ed inoltre possono ruotare solo intorno al loro asse.
• Solar Tower (o CRS – Central Receiver System): l’impianto è costituito da numerosi specchi, detti eliostati, che concentrano la radiazione in uno stesso punto. Il ricevitore si trova in cima ad una torre (da cui il nome “torri solari”) ed al suo interno viene fatto scorrere il fluido primario che assorbe il calore. Come nel caso precedente c’è uno scambiatore secondario (generalmente acqua) collegato al gruppo turbina-alternatore che trasforma l’energia termica in elettrica. Questi sono gli impianti che lavorano alle più alte temperature. Le perdite energetiche più importanti sono dovute a perdite ottiche e perdite collegate al calore radiante.