A cura di Francesco Titone Cosa è l'energia solare?
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A cura di Francesco Titone
Cosa è l'energia solare?
Intensità energia
elettromagnetica in ogni istante
1000 Watt/m2
In Italia l’irraggiamento medio è
4,5 kWh/m2/giorno
La radiazione solare La radiazione solare è l'energia radiante emessa nello spazio interplanetario dal Sole, generata a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo solare e che producono radiazioni elettromagnetiche a varie frequenze o lunghezze d'onda. Ogni forma di vita sulla Terra viene mantenuta dal flusso energetico solare che penetra nella biosfera. La radiazione ha un'influenza diretta : - sulla temperatura dell'aria e del terreno - sul processo di evapotraspirazione (consiste nella quantità d'acqua che dal terreno passa nell'aria allo stato di vapore per effetto congiunto della traspirazione, attraverso le piante, e dell'evaporazione, direttamente dal terreno), ed indiretta: -sul valore dell'umidità atmosferica - sul movimento delle masse d'aria - sulle precipitazioni.
Lunghezza d’onda
La radiazione solare
500 nm – radiazione visibile (luce –
Frequenza colore ciano/verde)
Onde
elettromagnetiche
Spettro
Elettromagnetico
(Spettro EM)
La banda di radiazioni fotosinteticamente attive (PAR) va dai 400 ai 700 nm, corrisponde alla
radiazione visibile ed è pari al 41% della radiazione totale. All'interno del PAR esistono sottobande
con radiazioni:
- blu-violette, (400-490 nm), assorbite dai pigmenti, con azione sulla fioritura, sintesi proteica,
effetti fototropici, medio effetto sulla fotosintesi;
- verdi (490-560 nm), le meno attive fotosinteticamente;
- gialle (560-590 nm);
- rosso-arancio (590-700 nm), molto attive per la fotosintesi. La colorazione delle piante è tale
proprio in virtù del fatto che il verde è colore complementare al rosso, e quindi è in grado di
catturare queste bande dello spettro elettromagnetico.
Bilancio della radiazione Nell'attraversare l'atmosfera la radiazione solare subisce fenomeni di riflessione, rifrazione, assorbimento, diffusion e ad opera dei vari gas atmosferici in misura variabile in funzione della frequenza, così che al suolo lo spettro solare risulta irregolare rispetto a quello rilevato alle soglie esterne dell'atmosfera (TOA) con presenza di tipiche bande di assorbimento o riflessione.
Vantaggi e limiti dell’energia solare VANTAGGI • Si può sfruttare in modo illimitato • Non inquina e non contamina • È una risorsa gratuita e sicura • Non è concentrata in zone ristrette ma è disponibile ovunque su tutto il globo LIMITI • Irregolarità delle radiazioni nel corso delle stagioni e per il variare delle condizioni meteorologiche nonché per l’alternarsi del giorno e della notte • Necessità di notevoli estensioni per gli impianti di captazione
Il fotovoltaico
DALL’ENERGIA SOLARE E’
POSSIBILE PRODURRE
ENERGIA ELETTRICA
ATTRAVERSO I PANNELLI
FOTOVOLTAICI
QUAL’È IL PRIMO ESEMPIO DI FOTOVOLTAICO
CHE USIAMO TUTTI I GIORNI O CHE ABBIAMO USATO
QUALCHE VOLTA PER FARE I CONTI?La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare,
direttamente e istantaneamente, l’energia solare in energia
elettrica senza l’uso di alcun combustibile.
Essa sfrutta il cosiddetto “effetto fotoelettrico”, cioè la
capacità che hanno alcuni semiconduttori come il “SILICIO”,
di generare elettricità se esposti alla radiazione luminosa.
VEDIAMO INSIEME COME FUNZIONA...I componenti di un impianto fotovoltaico sono: Pannelli fotovoltaici Cavi elettrici Batterie o inverter Contatori di energia
Le celle fotovoltaiche
Sono utilizzate per trasformare la radiazione solare in elettricità.
Costituite da vari strati di materiale semiconduttore.
Materiale semiconduttore silicio o arseniuro di gallio.
Hanno un basso rendimento e un costo relativamente alto.
Collegando un certo numero di celle
si forma una batteria solare che produce
energia elettrica in grado di caricare
accumulatori.Le celle fotovoltaiche
Alcune immagini di impianti fotovoltaici
Alcune immagini di impianti fotovoltaici
I LAMPIONI SOLARI
I pannelli solari termici Un pò di storia… L'ideazione di pannelli solari termici può risalire all'Impero romano che già conosceva un metodo per sfruttare l'irraggiamento solare per mezzo dell'effetto serra creato dai vetri con cui venivano chiuse le finestre delle case. Nel Cinquecento però Leonardo Da Vinci aveva ampliato lo studio di parabole per concentrare l’energia solare per applicarlo all’industria dell’epoca; nel Settecento,Lavoisier riuscì a fondere il platino, il cui punto di fusione è di 1780 °C, riscaldandolo tramite la concentrazione di raggi solari. Nel 1767 fu inventato un primo tipo di pannello solare da Horace-Bénédict de Saussure: una pentola di legno foderata di sughero nero, utilizzata dagli americani per cucinare. Essa raggiungeva i 109 °C per mezzo di un sistema di tre strati nella parte alta della pentola. Nel 1830 in Inghilterra John Herschel perfezionò il sistema ideato da Horace-Bénédict de Saussure da cui nacque una tecnica di cottura chiamata oggi solar cooking.
I pannelli solari Un pò di storia… Nel 1891 ’americano Clarence Kemp brevettò il primo pannello solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria; questo sistema ebbe un grande successo e si diffuse facilmente a seguito della crisi energetica del 1973. Dopo la prima guerra mondiale, a partire dal 1920 negli USA si diffuse un sistema a circolazione naturale che forniva acqua calda durante il giorno. Nel 1935, sempre in America, fu costruito il primo edificio riscaldato tramite un impianto di pannelli solari termici.
I pannelli solari termici Il Sole emette un enorme quantità di energia sotto forma di luce e calore. Il solare termico permette la conversione diretta dell’energia solare in energia termica per la produzione di acqua calda.
I pannelli solari termici
I pannelli solari termici
Il pannello solare termico (detto anche collettore solare) è un
dispositivo atto alla conversione della radiazione solare in energia
termica e al suo trasferimento, per esempio, verso un accumulatore
termico per un uso successivo, tipicamente sotto forma di acqua calda,
riscaldamento e in alcuni casi energia elettrica.
Se sono utilizzati per riscaldare l’acqua, si raggiungono temperature
intorno ai 70-80 °C
Schema di un pannello solare:
1) Valvola;
2) Serbatoio di accumulo;
3) Condotto di inserimento;
4) Pannello di assorbimento;
5) Condotto di inserimento dell'acqua fredda
L’impianto è costituito da 3 elementi principali:
- Collettore solare piano
- Impianto di circolazione del fluido com'è fatto
- Serbatoio di acqua o boilerI pannelli solari
L’impianto è costituito da 3 elementi principali:
- Collettore solare piano
Piastra metallica nera in grado di captare i raggi solari.
Isolante che avvolge la piastra per evitare la dispersione del calore.
All’interno della piastra circola un liquido che si riscalda.
All’esterno una lastra di vetro che ricopre la piastra.
- Impianto di circolazione del fluido
È realizzato con tubazioni isolate in cui scorre un fluido che trasporta calore (fluido
termovettore) che trasferisce il calore dal collettore al serbatoio.I pannelli solari
L’impianto è costituito da 3 elementi principali:
- Serbatoio di acqua o boiler
Contenitore coibentato che accumula l’acqua riscaldata. La capacità varia a seconda
delle necessità.I pannelli solari Il sistema può avere due tipi di circolazione, naturale o forzata. Circolazione naturale Per far circolare il fluido vettore nel sistema solare, si sfrutta la convezione. Il liquido vettore riscaldandosi nel pannello solare si dilata e galleggia rispetto a quello più freddo presente nello scambiatore del serbatoio di accumulo spostandosi, quindi, nello scambiatore posto più alto rispetto al pannello solare cedendo il suo calore all'acqua sanitaria del secondario. Questa tipologia è più semplice di quella a circolazione forzata. Non esiste consumo elettrico dovuto alla pompa di circolazione e alla centralina solare differenziale presente nel sistema a circolazione forzata. Il fluido vettore usato nel circuito primario è glicole propilenico atossico (comunemente conosciuto come antigelo) miscelato con acqua in una percentuale tale da garantire un'adeguata resistenza al gelo.
I pannelli solari Il sistema può avere due tipi di circolazione, naturale o forzata. Circolazione forzata Avviene con l'aiuto di pompe solo quando nei pannelli il fluido vettore si trova ad una temperatura più elevata rispetto a quella dell'acqua contenuta nei serbatoi di accumulo. Per regolare la circolazione ci si avvale di sensori elettrici che confrontano la temperatura del fluido vettore nel collettore con quella nel serbatoio di accumulo (termocoppia). In tali impianti ci sono meno vincoli per l'ubicazione dei serbatoi di accumulo. Normalmente, il circuito idraulico collegato al pannello è chiuso e separato da quello dell'acqua che riscalda, posizionando una serpentina nel serbatoio come scambiatore di calore. Le serpentine possono anche essere due tre o quattro nel caso si voglia anche preriscaldare il fluido dell'impianto di riscaldamento tramite l'acqua del serbatoio o integrazione ad un termocamino o caldaia. Si può anche integrare una resistenza elettrica per riscaldare l'acqua in caso di insufficiente o assente (nelle ore notturne) irradiazione solare.
Esempi Applicativi
Casa autosufficiente
Centrale di Monte
AquilonePannelli solari..x uso domestico
Le centrali solari
Consentono di produrre energia elettrica utilizzando un sistema di specchi distribuiti
su una vasta area, a forma di parabola.
Questi concentrano i raggi solari su
una caldaia posta in corrispondenza
del fuoco della parabola.Le centrali solari
All’interno della caldaia l’acqua raggiunge temperature molto elevate, superando i
500°C e trasformandosi, quindi, in vapore surriscaldato.
La pressione del vapore mette in movimento le turbine che, collegate ad alternatori,
generano corrente elettrica.Le centrali solari
Le turbine a vapore
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