ENERGIA SOLAREENERGIA SOLARE

Il SoleIl Sole

Il Sole è la stella più vicina alla Terra, dalla quale dista in media149.596.850 km. Il Sole è la stella più vicina alla Terra, dalla quale dista in media149.596.850 km. Se paragonata alle altre stelle dell’Universo il Sole è di piccole dimensioni e Se paragonata alle altre stelle dell’Universo il Sole è di piccole dimensioni e

di modesta luminosità, ad evoluzione assai lenta, dell’ordine di miliardi di anni. di modesta luminosità, ad evoluzione assai lenta, dell’ordine di miliardi di anni.

Il Sole è situato a circa 32.600 anni luce dal centro della galassia nota col nome Il Sole è situato a circa 32.600 anni luce dal centro della galassia nota col nome di Via Lattea, sull’orlo interno del Braccio di Orione. È animato da una di Via Lattea, sull’orlo interno del Braccio di Orione. È animato da una

rotazione su se stesso a velocità angolare differenziata e da un moto di rotazione su se stesso a velocità angolare differenziata e da un moto di rivoluzione, attorno al centro della galassia che compie in 273 milioni di anni, rivoluzione, attorno al centro della galassia che compie in 273 milioni di anni,

ad una velocità orbitale di 240 km/s. La sua massa è di 1.99X 10ad una velocità orbitale di 240 km/s. La sua massa è di 1.99X 103333 g, cioè g, cioè 332.270 volte la massa terrestre, costituendo da solo il 99% della massa totale 332.270 volte la massa terrestre, costituendo da solo il 99% della massa totale del sistema solare. Il diametro appartenente del sole è di 1.392.000 km, vale a del sistema solare. Il diametro appartenente del sole è di 1.392.000 km, vale a

dire 109 volte il diametro della Terradire 109 volte il diametro della Terra. .

Il sole è formato da: 1) Fotosfera; Il sole è formato da: 1) Fotosfera; 2) Zona convettiva; 3) Nucleo; 2) Zona convettiva; 3) Nucleo; 4) Zona radioattiva; 5) Protuberanze 4) Zona radioattiva; 5) Protuberanze

solari; 6) Macchie solarisolari; 6) Macchie solari

La sua densità media è di 1.41, La sua densità media è di 1.41, mentre quella della Terra è di 5.5, ma mentre quella della Terra è di 5.5, ma è stato calcolato che all’interno è di è stato calcolato che all’interno è di 120. La gravità media sarebbe 120. La gravità media sarebbe

27.9 volte quella della Terra.27.9 volte quella della Terra.3

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Energia solareEnergia solare

La luce del sole è la più grossa risorsa energetica del mondo e per migliaia La luce del sole è la più grossa risorsa energetica del mondo e per migliaia di anni gli esseri umani hanno usato efficacemente l'energia solare per di anni gli esseri umani hanno usato efficacemente l'energia solare per

trarne luce e calore e per far crescere i raccolti. trarne luce e calore e per far crescere i raccolti.

In meno di 40 minuti, gli Stati Uniti ricevono più energia dal Sole di quanta In meno di 40 minuti, gli Stati Uniti ricevono più energia dal Sole di quanta non ne ottengano bruciando combustibili fossili per un anno! non ne ottengano bruciando combustibili fossili per un anno!

Sebbene la luce del sole possa essere raccolta da pannelli solari e utilizzata Sebbene la luce del sole possa essere raccolta da pannelli solari e utilizzata per il riscaldamento delle abitazioni e la fornitura domestica di acqua calda, per il riscaldamento delle abitazioni e la fornitura domestica di acqua calda, i raggi solari non concentrati non sono abbastanza potenti da costituire un i raggi solari non concentrati non sono abbastanza potenti da costituire un

efficiente sistema di produzione dell'energia.efficiente sistema di produzione dell'energia.

La quantità di energia solare disponibile sulla superficie terrestre è pari a La quantità di energia solare disponibile sulla superficie terrestre è pari a circa 1kW di energia termica per metro quadro.circa 1kW di energia termica per metro quadro.

L'idea di utilizzare un gran numero di pannelli riflettenti (detti eliostati) o L'idea di utilizzare un gran numero di pannelli riflettenti (detti eliostati) o specchi a più facce per concentrare la radiazione solare ha una storia antica specchi a più facce per concentrare la radiazione solare ha una storia antica

che risale almeno al 212 a.C., quando Archimede, nell'antica Siracusa, che risale almeno al 212 a.C., quando Archimede, nell'antica Siracusa, utilizzò degli scudi di bronzo lucidati per focalizzare i raggi del sole sulle utilizzò degli scudi di bronzo lucidati per focalizzare i raggi del sole sulle

vele delle navi romane, incendiandole. In linea teorica, utilizzando specchi e vele delle navi romane, incendiandole. In linea teorica, utilizzando specchi e lenti, si potrebbe raggiungere la temperatura della superficie del Sole. lenti, si potrebbe raggiungere la temperatura della superficie del Sole.

L’energia solare rispetto ad altre fonti ha molti vantaggi:L’energia solare rispetto ad altre fonti ha molti vantaggi:

1)1) È È inesauribileinesauribile, durerà fino a quando ci saranno Sole e Terra. , durerà fino a quando ci saranno Sole e Terra.

2)2) È È pulitapulita, perché ci arriva attraverso i raggi del sole. , perché ci arriva attraverso i raggi del sole.

3)3) È È abbondanteabbondante, perché con una piccola parte di essa attenuerebbe il , perché con una piccola parte di essa attenuerebbe il bisogno di energia di tutti i paesi del mondo. bisogno di energia di tutti i paesi del mondo.

4)4) Non costa nullaNon costa nulla come materia prima. come materia prima.

……Ma anche alcuni svantaggi :Ma anche alcuni svantaggi :

1)1) È È discontinua discontinua nel tempo perché la riceviamo in certe ore della giornata con nel tempo perché la riceviamo in certe ore della giornata con intensità diversa da luogo a luogo. intensità diversa da luogo a luogo.

2) È 2) È diluitadiluita, infatti, il nostro corpo la può ricevere per molte ore senza ustionarsi., infatti, il nostro corpo la può ricevere per molte ore senza ustionarsi.

Per raccoglierla in quantità elevate bisogna usare milione e milioni di Per raccoglierla in quantità elevate bisogna usare milione e milioni di apparecchi su vaste superfici nel territorio, però il costo di questi apparecchi apparecchi su vaste superfici nel territorio, però il costo di questi apparecchi

è elevatissimo. Per produrre energia dal sole costerebbe dieci volte del è elevatissimo. Per produrre energia dal sole costerebbe dieci volte del normale. Nessuno pagherebbe una bolletta dieci volte superiore del solito! normale. Nessuno pagherebbe una bolletta dieci volte superiore del solito!

Energia termica solareEnergia termica solare

La quantità di energia irradiata dal Sole è assolutamente enorme e la superficie La quantità di energia irradiata dal Sole è assolutamente enorme e la superficie terrestre ne cattura solo una piccola parte. Raccogliendo una piccola parte di terrestre ne cattura solo una piccola parte. Raccogliendo una piccola parte di

questa piccola parte, possiamo focalizzare l'energia in una piccola area questa piccola parte, possiamo focalizzare l'energia in una piccola area utilizzando specchi curvi e riscaldare così un fluido. Questo fluido può poi utilizzando specchi curvi e riscaldare così un fluido. Questo fluido può poi essere usato per riscaldare l'acqua e il vapore così prodotto può alimentare essere usato per riscaldare l'acqua e il vapore così prodotto può alimentare

una turbina per la produzione di elettricità. una turbina per la produzione di elettricità.

Poiché l'acqua è riscaldata in modo indiretto, nelle ore di buio, quando il Sole Poiché l'acqua è riscaldata in modo indiretto, nelle ore di buio, quando il Sole va a dormire, altri combustibili possono essere bruciati per produrre il vapore va a dormire, altri combustibili possono essere bruciati per produrre il vapore

necessario ad alimentare la turbina.necessario ad alimentare la turbina.

Sono necessarie competenze diverse per lo sfruttamento dell'energia solare: Sono necessarie competenze diverse per lo sfruttamento dell'energia solare: ingegneri elettronici progettano i pannelli fotovoltaici che generano l'elettricità ingegneri elettronici progettano i pannelli fotovoltaici che generano l'elettricità e, mediante lo studio dei materiali che li compongono, la loro efficienza viene e, mediante lo studio dei materiali che li compongono, la loro efficienza viene

accresciuta continuamente.Gli impianti che convertono il calore in energia accresciuta continuamente.Gli impianti che convertono il calore in energia elettrica sono molto complessi e contengono vari sottosistemi che richiedono elettrica sono molto complessi e contengono vari sottosistemi che richiedono

differenti tecnologie. In quelli più semplici, ingegneri ambientali possono differenti tecnologie. In quelli più semplici, ingegneri ambientali possono progettare sistemi misti per riscaldare le abitazioni sfruttando l'energia solare progettare sistemi misti per riscaldare le abitazioni sfruttando l'energia solare

assorbita, ad esempio, da tegole speciali poste sul tetto e assicurandosi, assorbita, ad esempio, da tegole speciali poste sul tetto e assicurandosi, contemporaneamente, che il sistema di riscaldamento tradizionale della casa contemporaneamente, che il sistema di riscaldamento tradizionale della casa

fornisca il calore in più eventualmente necessario.fornisca il calore in più eventualmente necessario.

Radiazione fuori dall’ atmosfera (incidente)

Radiazione riflessa

Radiazione diretta al

suolo

Radiazione diffusa

Radiazione reirraggiata

Radiazione assorbita

Il destino della radiazione solareIl destino della radiazione solare

Non tutta la energia che dal Sole arriva al nostro pianeta può giungere al suolo per Non tutta la energia che dal Sole arriva al nostro pianeta può giungere al suolo per essere da noi utilizzata: una buona parte infatti si perde negli strati dell’ atmosfera essere da noi utilizzata: una buona parte infatti si perde negli strati dell’ atmosfera

rimanendo assorbita dal vapore acqueo delle nuvole.rimanendo assorbita dal vapore acqueo delle nuvole.

Quella che noi possiamo utilizzare Quella che noi possiamo utilizzare è la radiazione che giunge al è la radiazione che giunge al suolo ed è composta dalla suolo ed è composta dalla

radiazione diretta e da quella radiazione diretta e da quella diffusa che insieme diffusa che insieme

rappresentano circa il 47 % della rappresentano circa il 47 % della energia incidente.energia incidente.

Essa può essere sfruttata per Essa può essere sfruttata per scaldare fluidi a temperature scaldare fluidi a temperature

basse, medie o alte o per produrre basse, medie o alte o per produrre direttamente elettricità con i direttamente elettricità con i

pannelli fotovoltaicipannelli fotovoltaici

Un’altra parte invece torna nello Un’altra parte invece torna nello spazio perché viene riflessa dalle spazio perché viene riflessa dalle

superfici chiare della Terra superfici chiare della Terra (ghiacciai, deserti..) e dalle nuvole (ghiacciai, deserti..) e dalle nuvole stesse e prende il nome di stesse e prende il nome di AlbedoAlbedo

Basse temperature :Basse temperature :

Le temperature tra i 50 e i 90° c, inferiori alla temperatura di ebollizione Le temperature tra i 50 e i 90° c, inferiori alla temperatura di ebollizione dell’acqua, adatte a riscaldare superfici piane.dell’acqua, adatte a riscaldare superfici piane.

Il sistema più usato è il Il sistema più usato è il collettore pianocollettore piano detto detto pannello solarepannello solare, composto da :, composto da :

1) Lastra trasparente, lastra di vetro che fa passare le radiazioni;1) Lastra trasparente, lastra di vetro che fa passare le radiazioni;

2) Assorbitore, piastra di rame (buon 2) Assorbitore, piastra di rame (buon conduttore), con molti canali dove conduttore), con molti canali dove

circola un fluido (acqua o aria). Il sole circola un fluido (acqua o aria). Il sole scalda quindi la piastra ed i il fluido scalda quindi la piastra ed i il fluido

mediante tubi viene portato all’esterno mediante tubi viene portato all’esterno fino all’apparecchio utilizzatore;fino all’apparecchio utilizzatore;

3) Isolante termico, impedisce la 3) Isolante termico, impedisce la dispersione del calore;dispersione del calore;

4) Contenitore, scatola contenente tutti 4) Contenitore, scatola contenente tutti gli elementi precedenti.gli elementi precedenti.

Il pannello solare è usato nella maggior parte dei casi per riscaldare Il pannello solare è usato nella maggior parte dei casi per riscaldare l’acqua nelle abitazioni civili.l’acqua nelle abitazioni civili.

Medie temperature:Medie temperature:

Si ottengono temperature superiori a Si ottengono temperature superiori a quella dell’ebollizione dell’acqua. quella dell’ebollizione dell’acqua.

Per convertire il calore in queste Per convertire il calore in queste temperature si usa il temperature si usa il cilindro o canale cilindro o canale

parabolicoparabolico, composto da:, composto da:

·  Superficie a specchio, lastra curva ·  Superficie a specchio, lastra curva con sezione a parabola ricoperta da con sezione a parabola ricoperta da

specchi.specchi.

·  Ricevitore o caldaia, un tubo ·  Ricevitore o caldaia, un tubo orizzontale posto sulla parabola nella orizzontale posto sulla parabola nella opportuna posizione e al cui interno opportuna posizione e al cui interno

corre un fluido scaldato dai raggi corre un fluido scaldato dai raggi riflessi fino a circa 400°C che serve riflessi fino a circa 400°C che serve

per produrre il vapore che fa girare la per produrre il vapore che fa girare la turbina per produrre elettricità.turbina per produrre elettricità.

·  Meccanismo di puntamento ad ·  Meccanismo di puntamento ad orologeria, fa ruotare il cilindro per orologeria, fa ruotare il cilindro per

seguire il movimento del sole.seguire il movimento del sole.

RicevitoreRicevitore

Specchio Specchio parabolicoparabolico

Alte temperatureAlte temperature

Si ottengono tramite gli Si ottengono tramite gli eliostatieliostati (specchi piani) (specchi piani) che concentrano la luce del sole su una caldaia che concentrano la luce del sole su una caldaia situata sopra una torre. Ogni eliostato possiede situata sopra una torre. Ogni eliostato possiede

meccanismo per inseguire il sole durante la meccanismo per inseguire il sole durante la giornata. La concentrazione del sole fa giornata. La concentrazione del sole fa

evaporare l’acqua che circola nei tubi della evaporare l’acqua che circola nei tubi della caldaia a temperature di circa 1500°C. caldaia a temperature di circa 1500°C. Il vapore viene convogliato nelle turbine che Il vapore viene convogliato nelle turbine che

poi azionano l’alternatore.poi azionano l’alternatore.

Ad Ardano (vicino Catania, Sicilia) è stata Ad Ardano (vicino Catania, Sicilia) è stata costruita in via sperimentale una centrale costruita in via sperimentale una centrale

composta da 152 eliostati di 52 cmcomposta da 152 eliostati di 52 cm2. . Essa occupa una superficie di circa 4 ettari Essa occupa una superficie di circa 4 ettari ed con pieno sole e cielo limpido produce ed con pieno sole e cielo limpido produce

una potenza massima di 1 MW.una potenza massima di 1 MW.

I costi per l’impianto sono elevatissimi perché I costi per l’impianto sono elevatissimi perché è difficile mantenere inalterate le ottiche degli è difficile mantenere inalterate le ottiche degli

specchi giacché sono continuamente esposte specchi giacché sono continuamente esposte al calore o alla pioggia.al calore o alla pioggia.

Fornace solareFornace solare

Concentratore parabolico Concentratore parabolico indipendenteindipendente

Collettori solari piani Collettori solari piani (pannelli solari)(pannelli solari)Torre solare con eliostatiTorre solare con eliostati

Cilindri parabolici ad Cilindri parabolici ad inseguimentoinseguimento

Celle fotovoltaicheCelle fotovoltaiche

Servono per convertire l’energia solare in Servono per convertire l’energia solare in energia elettrica.energia elettrica.

Una cella fotovoltaica è una lastrina di Una cella fotovoltaica è una lastrina di silicio (semiconduttore) di solito circolare silicio (semiconduttore) di solito circolare al cui interno ci sono dei fili conduttori. al cui interno ci sono dei fili conduttori.

Quando la luce colpisce la cella nasce una Quando la luce colpisce la cella nasce una timida corrente elettrica che dai fili verrà timida corrente elettrica che dai fili verrà

portata all’esterno per l’utilizzazione. portata all’esterno per l’utilizzazione.

Il rendimento teorico sarebbe del 25%, ma Il rendimento teorico sarebbe del 25%, ma quello reale è del 14%. La durata delle celle quello reale è del 14%. La durata delle celle

è notevole perché le prime applicazioni è notevole perché le prime applicazioni sono avvenute 30 anni fa e sono ancora in sono avvenute 30 anni fa e sono ancora in

funzione.funzione.

Il costo delle celle è un ostacolo perché Il costo delle celle è un ostacolo perché anche se il silicio è abbondante e anche se il silicio è abbondante e

economico, però la tecnologia di per economico, però la tecnologia di per produrre grossi cristalli di silicio è elevata, produrre grossi cristalli di silicio è elevata,

infatti, sono usati nei motori spaziali. infatti, sono usati nei motori spaziali.

Applicazioni dell’ energia Applicazioni dell’ energia fotovoltaica in Africafotovoltaica in Africa

La centrale solare fotovoltaicaLa centrale solare fotovoltaica

La centrale è molto simile a quella a La centrale è molto simile a quella a eliostati, solo che non ci sono la eliostati, solo che non ci sono la

caldaia, la turbina e l’alternatore e gli caldaia, la turbina e l’alternatore e gli eliostati, ma ci sono pannelli con eliostati, ma ci sono pannelli con

migliaia di celle fotovoltaiche collegate migliaia di celle fotovoltaiche collegate in serie ad un alternatore. Attualmente in serie ad un alternatore. Attualmente le centrali non superano la potenza di le centrali non superano la potenza di

100 MW. Quest’elettricità costerebbe 10 100 MW. Quest’elettricità costerebbe 10 volte di più rispetto a quella normale. volte di più rispetto a quella normale.