Educazione ambientalePercorso di educazione allo sviluppo sostenibile

Liceo scientifico statale “B. Croce”Azione F – 2 – FSE – 2009 – 290

Obiettivo F2

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Argomenti del corso

Sviluppo sostenibile Risorse energetiche Ecosistemi ed aree protette Protezione e conservazione della natura Inquinamento ed impatto ambientale Gestione dei rifiuti e importanza del ricicloMutamenti climatici e riscaldamento globale

Che cos’è?

Energia solare

Energia solare

Per energia solare si intendel'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttandodirettamente l'energia irradiata dal Sole (fonterinnovabile) verso la Terra.Questa energia è circa 1400 W/m2/s.Ciò significa che sulla Terra arrivano istante peristante 50.000.000 GW (1 GW è la potenza di unagrande centrale elettrica), quindi è come seavessimo 50.000.000 di centrali elettriche chelavorano gratis per noi!

Come si utilizza l’energia solare?L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità(fotovoltaico) o per generare calore (solare termico). Sono tre letecnologie principali per trasformare in energia sfruttabilel'energia del sole:il pannello solare termico sfrutta i raggi solari per scaldare unliquido con speciali caratteristiche, contenuto nel suo interno, checede calore, tramite uno scambiatore di calore, all'acqua contenutain un serbatoio di accumulo.il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchiparabolici a struttura lineare per concentrare i raggi solari su untubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore o una serie dispecchi piani che concentrano i raggi all'estremità di una torre incui è posta una caldaia riempita di sali che per il calore fondono. Inentrambi i casi "l'apparato ricevente" si riscalda a temperaturemolto elevate (400 °C ~ 600 °C)il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolarielementi semiconduttori di produrre energia elettrica quandosollecitati dalla luce.

Tre diverse tecnologieDue soli tipi di “solare”

Fotovoltaico e Termodinamicoa confronto

Energia solare:distribuzione sulla Terra

Primaria, rinnovabile, inesauribile

Energia solare

Energia elettrica

Pannello solare

Solare termodinamico

Principio di funzionamento

Tubo ricevitore

Riflettore

Scambiatore

AlternatoreTurbinaScambiatore

Punto focale

Energia solare

Energia elettrica

Energia elettrica

Energia meccanica

Solare fotovoltaico

turbina

dinamo

alternatore

Energia solare

Energia termica

Energia cinetica

silicio

fluidotermovettore

scambiatore

specchi/pannelli

Punto focale

Tubo ricevitore

Riflettore

Scambiatore

Fluidotermovettore

Fluidotermovettore

Solare termodinamico

Energia solare Energia elettrica

Pannello fotovoltaico

Solare fotovoltaico

Principio di funzionamento(effetto fotoelettrico)

L'effetto fotoelettrico rappresenta l'emissione di elettronida una superficie, solitamente metallica, quando questaviene colpita da una radiazione elettromagnetica aventeuna certa frequenza. Tale effetto, oggetto di studi da partedi molti fisici, è stato fondamentale per comprendere lanatura quantistica della luce.

Effetto fotoelettricoEnergia (onde)

Materia(elettroni)

Processo d’interazioneradiazione-materia

Energia solare Energia elettrica

Pannello fotovoltaico

Solare fotovoltaico

Principio di funzionamento(effetto fotovoltaico)

L'effetto fotovoltaico si realizza quando un elettronepresente nella banda di valenza di un materiale(generalmente semiconduttore) passa alla banda diconduzione a causa dell'assorbimento di un fotonesufficientemente energetico incidente sul materiale.

Conduttore Semiconduttore Isolante

Ener

gia

Banda diconduzione

Banda divalenza

Effetto fotovoltaico

Centrale fotovoltaicaa specchi

Centrale fotovoltaicaa specchi (particolare)

Questo tipo di centrale elettrica utilizza dei moduli fotovoltaici per convertiredirettamente la luce solare in energia elettrica tramite l'effetto fotovoltaico.Può avere un'efficienza compresa tra il 10 e il 15% a seconda dellecaratteristiche tecniche dei componenti utilizzati, soprattutto dei moduli. Lacentrale fotovoltaica più grande le mondo si trova infatti in Spagna, a Olmedillade Alarcón con 60 MW di picco. È da notare che tra le 50 più grandi del mondo,ben 45 si trovano tra Spagna e Germania, i due paesi cha hanno fattoinvestimenti maggiori in questo tipo di tecnologia.

Centrale fotovoltaica

Centrale fotovoltaica(con sistemi ad inseguimento)

Pannello solare termico

Pannello solare fotovoltaico

Pannelli solari termici e fotovoltaici

Sistemi fotovoltaici(Base US Navy – Coronado)

BIPV, Building Integrated PhotoVoltaic (Tubingen)

Centrale fotovoltaica ad Atzenhof (500 KWp)

Centrale fotovoltaica ad Atzenhof (500 KWp)

Centrale fotovoltaica ad Atzenhof (500 KWp)

Il chilowatt picco (simbolo: kWp) è l'unità di misura della potenza teorica massimaproducibile da un generatore elettrico o viceversa la potenza teorica massimaassorbibile da un carico elettrico. In ambito fotovoltaico, sulla base della normativa IEC904-3 (1989), questo valore viene usato per indicare la potenza erogata da un modulo oda una cella fotovoltaica se sottoposti alle condizioni standard di: irraggiamento di 1000 W/m2

temperatura di cella di 25 °C spettro pari a 1,5 AM

Pergola solare (Barcellona)

Sviluppi futuri

Centrale solare orbitante

Attualmente la maggior parte degli studi siconcentrano su nuove generazioni di cellefotovoltaiche dotate di una maggior efficienza emolto più economiche. Studi più ambiziosi puntanoalla realizzazione di centrali solari orbitanti. Questecentrali dovrebbero raccogliere i raggi solaridirettamente nello spazio e trasmettere la potenzaassorbita sulla Terra per mezzo di microonde oraggi laser. Gli attuali progetti dicostruzione prevedono l'installazione di questecentrali nel 2040.Sono in fase di sperimentazione prototipi di sistemidi cogenerazione fotovoltaica in cui si realizza laproduzione simultanea di energia elettrica e termica.

Sviluppi futuri

Pannelli solari dellaStazione Spaziale Internazionale

Rappresentazione ipoteticadi una centrale solare orbitale

idrica

rinnovabili

nucleare

sol. termica

Anno

TWh

Tecnologia, ricerca,sviluppo

in forte crescita

Un dato importante

Tecnologia,ricerca,

sviluppoin lieve crescita

Quota di e. rinnovabili e non nel mondo