Nozioni generali Solare fotovoltaico Solare termico Ricerca e sviluppo Quadro del settore Notizie sulla energia solare
Nozioni generali
Dal punto di vista energetico, con l’espressione “energia solare”
si intende l’energia raggiante sprigionata dal Sole per effetto
delle reazioni termonucleari che avvengono nel suo interno, e
trasmessa alla Terra sotto forma di radiazione
elettromagnetica.
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 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 vele delle navi romane, incendiandole. In linea teorica, utilizzando specchi e lenti, si potrebbe raggiungere la temperatura della superficie del Sole.
La potenza massima della radiazione
solare nelle ore centrali della giornata, alle latitudini dei Paesi
europei mediterranei, è di oltre 1 kW/m2; in tali zone l'
energia incidente sull'unità di superficie orizzontale (m2) può
raggiungere in un giorno, nelle migliori condizioni estive, circa 25
Mega Joule (come termine di riferimento, l'energia chimica contenuta in 1 kg di gasolio è pari a circa 42 MJ). In meno di 40 minuti, gli Stati Uniti ricevono più energia dal Sole di quanta non ne ottengano bruciando combustibili fossili per un anno!
L’energia solare è la fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque e in quantità
che sono, almeno in teoria, largamente superiori ai fabbisogni
energetici. Ogni anno il sole irradia sulla terra 16.000 miliardi di TEP (Tonnellate Equivalenti Petrolio) mentre la domanda mondiale di energia è di circa 8 miliardi di TEP. In Italia la domanda annua è di circa 167 milioni di TEP.
In un recente studio dell ’International Energy Agency (IEA -Task VIII) presentato in un simposio internazionale sull'energia solare che si è svolto a maggio 2003 a Osaka,in Giappone, si afferma che basterebbe sfruttare il 4% delle aree desertiche della terra per ottenere dal sole energia elettrica pari al il fabbisogno attuale.
La sua utilizzazione, tuttavia, pone problemi tecnici
ed economici complessi, legati alla bassa densità energetica della
radiazione solare, alla sua discontinuità (dovuta all’alternanza
tra ore diurne e notturne, ma anche al ciclo delle stagioni),
alla sua aleatorietà (determinata dalle mutevoli condizioni
meteorologiche) e, infine, al valore modesto dei rendimenti di
conversione. L’insieme di questi fattori determina un divario
notevole tra le capacità potenziali di sfruttamento dell’energia
solare e le possibilità pratiche di impiego.
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Solare fotovoltaico
 La tecnologia fotovoltaica (FV) consente di trasformare direttamente l'energia associata alla radiazione solare in energia elettrica. Essa sfrutta il cosiddetto effetto fotovoltaico che è basato sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori che se opportunamente trattati sono in grado di produrre elettricità senza l'uso di alcun combustibile.
L'effetto fotovoltaico consiste nella generazione di una differenza di potenziale elettrico, grazie all'integrazione di un flusso di energia radiante con la materia.
 La cella fotovoltaica è costituita da due strati di semiconduttore (solitamente composti a base di silicio) in contatto fra loro: uno strato è di tipo n, o strato finestra (generalmente si tratta di silicio drogato con fosforo), caratterizzato da una certa quantità di cariche negative (elettroni) e uno strato è di tipo p, o strato assorbitore (ottenuto drogando il silicio con boro), in cui si ha un eccesso di cariche positive.
Alla giunzione, cioè nella zona di contatto tra i due strati, si crea una barriera di potenziale. Ciascun fotone, dotato di energia sufficiente e = h*v , è in grado di liberare all'interno della giunzione una coppia elettrone - lacuna che contribuisce alla conduzione elettrica del semiconduttore. A causa della barriera di potenziale gli elettroni possono passare dallo strato p a quello n, ma non è possibile il passaggio inverso: si crea così un eccesso di elettroni nello strato n. Collegando un conduttore a ciascuno degli strati p e n e chiudendo il circuito ci sarà circolazione di corrente grazie al passaggio degli elettroni che si ricombinano con le lacune. È importante che la radiazione solare penetri in entrambi gli strati n e p ed è per questo motivo che il primo strato è molto sottile rispetto al secondo.
Diversi tipi di celle
Si differenziano tre tipi di celle a seconda della struttura del cristallo: monocristalline, policristalline e amorfe.
 Per la produzione di celle monocristalline si utilizzano semiconduttori dotati di una struttura altamente pura. Dalla massa fusa di silicio si tagliano delle barre monocristalline che vengono in seguito tagliate in sottili placche. Questa metodo di produzione garantisce al prodotto un rendimento molto alto. La produzione di celle policristalline è meno onerosa: In questo caso la massa di silicio viene fusa in blocchi, i quali infine vengono tagliati a dischetti. Durante il processo di solidificazione si formano delle strutture cristalline di differenti dimensioni, che presentano sulla loro superficie alcuni difetti. Di conseguenza, il rendimento di questo tipo di celle è ridotto. Si parla di celle a silicio amorfo o celle a film sottile quando su un substrato di vetro o di altro materiale viene spruzzato un sottile strato di silicio. Lo spessore dello strato di silicio è inferiore a 1 µm (spessore di un capello umano 50-100 µm): ne risulta un costo del materiale molto basso e di conseguenza un basso costo di produzione. Questo tipo di cellula ha il rendimento minore, ma si adatta anche in caso di irradiamento diffuso. Le cellule amorfe vengono generalmente utilizzate per produrre apparecchi portabili (orologi, calcolatrici tascabili) o come elementi di facciate fotovoltaiche. Per la produzione di celle a film sottile vengono utilizzati, accanto al Silicio, altri materiali. Accanto al silicio di utilizzano materialicome il telloluro di cadmio o il rame indio diselenide, già utilizzati per la produzione in serie di celle solari.
Solamente una parte dell'energia solare che colpisce una cella fotovoltaica viene convertita in energia elettrica, l'efficienza di conversione delle celle commerciali al silicio monocristallino è in genere compresa fra il 10% e il 14%, del 17% per il silicio policristallino ed intorno al 10% per il silicio amorfo.
Più celle assemblate e collegate tra di loro in una unica struttura formano il modulo fotovoltaico. Il modulo FV tradizionale è costituito dal collegamento in serie di 36 celle, per ottenere una potenza in uscita pari a circa 50 Watt, ma oggi, soprattutto per esigenza
architettoniche, i produttori mettono sul mercato moduli costituiti da un numero di
celle molto più alto e di conseguenza di più elevata potenza, anche fino a 200 Watt
per ogni singolo modulo. A seconda della tensione necessaria all’alimentazione delle
utenze elettriche, più moduli possono poi essere collegati in serie in una “stringa”. La
potenza elettrica richiesta determina poi il numero di stringhe da collegare in parallelo
per realizzare finalmente un generatore fotovoltaico. Il trasferimento dell’energia dal
sistema fotovoltaico all’utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi, necessari per
trasformare ed adattare la corrente continua prodotta dai moduli alle esigenze
dell’utenza finale. Il complesso di tali dispositivi prende il nome di BOS (Balance of
System). Un componente essenziale del BOS, se le utenze devono essere alimentate
in corrente alternata, è l’inverter, dispositivo che converte la corrente continua in
uscita dal generatore FV in corrente alternata.
 Il mercato fotovoltaico mondiale ha conosciuto negli ultimi anni un notevole sviluppo, passando dai 45 MWp del 1990 ai 290 MWp del 2000. Questo grande risultato è stato
possibile grazie al parallelo sviluppo di due tipologie di applicazioni: gli impianti isolati
e quelli installati sugli edifici ed integrati alla rete elettrica. Gli incrementi più elevati
nella potenza installata sono stati senza dubbio quelli del Giappone, degli Stati Uniti e
della Germania, soprattutto grazie ai programmi di incentivazione da parte dello stato
che, non solo hanno fornito sussidi per l’installazione di impianti FV, ma in alcuni casi
(come in Germania) hanno comprato l’elettricità in eccesso prodotta da tali impianti e
riversata in rete ad un prezzo molto maggiore di quello di vendita dell’elettricità
tradizionale, come a voler “premiare” le caratteristiche ecologicamente compatibili di
tale energia. In Italia, dopo una fase di grande fermento della prima metà degli anni
‘90 in cui l’ENEL ha installato diverse centrali fotovoltaiche (la più grande delle quali la
centrale di Serre nel salernitano di 3,3 MWp), il mercato ha vissuto un forte
rallentamento soprattutto per l’assenza di adeguati meccanismi di incentivazione.
Le cose cominciano a cambiare nel 2005. Il Ministro delle Attività Produttive di concerto col Ministro dell'Ambiente e della Tutela del Territorio ha emanato il 28/07/2005 il Decreto Ministeriale previsto all'art. 7 comma 1 del D.Lgs 29/12/2003 n° 387 "Conto Energia", che definisce i criteri per l'incentivazione dell'energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici.
Successivamente l'Autorità per l'Energia Elettrica e il Gas (AEEG) ha adottato il 14/09/2005 la Delibera n° 188/05 nella quale è stato individuato il GRTN quale "soggetto attuatore" che eroga le tariffe incentivanti. Il 6 febbraio 2006 è stato firmato il secondo decreto fotovoltaico che amplia e integra il DM 28/07/2005. L'incentivazione interessa gli impianti fotovoltaici della potenza da 1 kW sino a 1000 kW entrati in esercizio dopo il 30/09/2005 a seguito di nuova costruzione o rifacimento totale o potenziamento di un impianto preesistente. |
| Enel è presente in questo settore, che rappresenta in ogni caso un’opzione energetica di grande interesse per il futuro. Per esempio, l’impianto fotovoltaico di Serre Persano in provincia di Salerno è uno dei più grandi impianti al mondo in esercizio (3 MW). |
Solare termico
| L'energia termica derivante dall'irraggiamento solare può essere "catturata" in molti modi e utilizzata per le varie necessità energetiche: come semplice energia termica utile alla produzione di acqua calda per usi sanitari e per riscaldamento ma anche per ottenere energia frigorifera, energia elettrica o energia meccanica. Le tecnologie migliori permettono anche la cogenerazione di più tipologie di energia ed è possibile accumulare l'energia termica in molti modi e per differenti usi.
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Collettori a tubi sottovuoto
 Sono composti da tubi di vetro speciale sottovuoto (le estremità di un tubo vetro interno e di uno esterno vengono fuse tra loro e l'aria è estratta dall'intercapedine) ricoperti da uno strato altamente selettivo che trasforma la luce solare in calore. In questo caso l'assorbitore di calore è di forma circolare ed è alloggiato all'interno della cavità sottovuoto dei tubi stessi; in questo modo il fluido termoconvettore evapora e, cedendo il suo calore all'estremità superiore del tubo, si condensa e ritorna in basso.
 A differenza dei pannelli a piastra, questa tipologia di collettori sottovuoto non conduce calore, essendo l'aria il migliore isolamento, per cui non si verificano perdite per convezione e conduzione e pertanto il loro rendimento è superiore. Inoltre, vista la loro maggiore resa, richiedono una minore superficie espositiva rispetto alle altre tipologie di pannelli e sono capaci di trattenere il calore accumulato anche in condizioni atmosferiche molto rigide, garantendo prestazioni elevate e costanti durante l'intero arco dell'anno; per questi motivi possono essere utilizzati anche in zone con un'insolazione medio-bassa o con condizioni climatiche particolarmente rigide durante l'inverno, come in alta montagna o nei paesi nordici.
Generalmente sono forniti con concentratori a specchio retrostanti i tubi sottovuoto, in modo da sfruttare al massimo la radiazione solare.
I collettori sottovuoto hanno efficienze del 15% circa superiore ai migliori collettori piani. |
Collettori a piastra o collettori piani
 I collettori a piastra, sono composti da una cella/intelaiatura termicamente isolata (in legno incollato a tenuta di acqua o in alluminio), coperta da un vetro protettivo in grado di sopportare pioggia, grandine e temperature rigide, filtra i raggi solari e crea l'effetto serra per intrappolare il calore. All'interno della cella si trova l'assorbitore di calore vero e proprio, che è una lastra metallica scura, detta anche piastra captante, o corpo nero assorbente,sulla quale sono saldati i tubi all'interno dei quali circola un liquido termoconvettore (per esempio composto da acqua e glicole propilenico atossico).
Questo liquido, riscaldato dal calore solare, sale alla cima del collettore e va nel serbatoio dove, tramite uno scambiatore, cede il calore all'acqua da riscaldare contenuta all'interno e da dove viene distribuita ai diversi punti di presa. A questo punto il liquido termoconvettore raffreddato scende ed il processo ricomincia da capo. I pannelli a piastra possono essere di due tipi: a superficie non selettiva: cioè l'assorbitore di calore è semplicemente verniciato in nero, un colore che contribuisce a captare e trattenere meglio e più a lungo i raggi solari; questa tipologia di pannelli, è consigliata per le case abitate in brevi periodi o con un'insolazione media annuale di almeno 1200 Megacalorie; a superficie selettiva: cioè l'assorbitore di calore è potenziato da un trattamento effettuato con un prodotto infrarosso che consente al pannello di trattenere maggiormente il calore del sole, riducendo al tempo stesso la riflessione; questa tipologia di pannelli è maggiormente indicata per le case dove si risiede abitualmente o per un utilizzo di almeno 10 mesi all'anno e sono in grado di produrre acqua calda in qualunque mese dell'anno, raggiungendo in estate anche punte di 80-90ƒ. Hanno un costo maggiore rispetto ai pannelli a superficie non selettiva, giustificato dalla maggiore complessità dell'impianto e dai trattamenti tecnologici cui è sottoposto e possono essere utilizzati sia per la produzione di acqua calda sanitaria, che per l'integrazione al sistema di riscaldamento.
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Collettori monoblocco o ad accumulo
 I collettori a piastra, sono composti da una cella/intelaiatura termicamente isolata (in legno incollato a tenuta di acqua o in alluminio), coperta da un vetro protettivo in grado di sopportare pioggia, grandine e temperature rigide, filtra i raggi solari e crea l'effetto serra per intrappolare il calore. All'interno della cella si trova l'assorbitore di calore vero e proprio, che è una lastra metallica scura, detta anche piastra captante, o corpo nero assorbente,sulla quale sono saldati i tubi all'interno dei quali circola un liquido termoconvettore (per esempio composto da acqua e glicole propilenico atossico).
Questo liquido, riscaldato dal calore solare, sale alla cima del collettore e va nel serbatoio dove, tramite uno scambiatore, cede il calore all'acqua da riscaldare contenuta all'interno e da dove viene distribuita ai diversi punti di presa.
A questo punto il liquido termoconvettore raffreddato scende ed il processo ricomincia da capo. I pannelli a piastra possono essere di due tipi: a superficie non selettiva: cioè l'assorbitore di calore è semplicemente verniciato in nero, un colore che contribuisce a captare e trattenere meglio e più a lungo i raggi solari; questa tipologia di pannelli, è consigliata per le case abitate in brevi periodi o con un'insolazione media annuale di almeno 1200 Megacalorie; a superficie selettiva: cioè l'assorbitore di calore è potenziato da un trattamento effettuato con un prodotto infrarosso che consente al pannello di trattenere maggiormente il calore del sole, riducendo al tempo stesso la riflessione; questa tipologia di pannelli è maggiormente indicata per le case dove si risiede abitualmente o per un utilizzo di almeno 10 mesi all'anno e sono in grado di produrre acqua calda in qualunque mese dell'anno, raggiungendo in estate anche punte di 80-90ƒ. Hanno un costo maggiore rispetto ai pannelli a superficie non selettiva, giustificato dalla maggiore complessità dell'impianto e dai trattamenti tecnologici cui è sottoposto e possono essere utilizzati sia per la produzione di acqua calda sanitaria, che per l'integrazione al sistema di riscaldamento.
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 Sistema a specchi parabolici lineari
Denominati con il termine SEGS ( Solar Eletric Generating System) 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 turbo-generatore elettrico. La temperatura tipica di operazione è di 390 °C. Tali impianti oggi hanno dimensioni tipiche dell’ordine da 30 a 80 MWatt elettrici e bruciano anche una certa quantità di combustibile fossile (gas naturale nel miglior caso) per produrre energia quando l’energia solare è deficitaria.
I concentratori lineari parabolici ad inseguimento sono la tecnologia di concentrazione solare più collaudata, con costi al kWh di 0,08 €, in prospettiva il costo dell'energia ottenibile è nell'ordine dei 4 centesimi di euro per kWh entro pochi anni, in abbinamento con il 25% di sistemi a metano e/o con sistemi di accumulo di energia termica tramite le tecnologie dei sali fusi l'efficienza può essere ancora maggiore. Negli USA gli impianti installati ammontano a 354 MW, nel marzo 2003 è stato approvato un progetto per altri 50 MW che sarà realizzato in Nevada entro il 2005. |
 Enel è presente nel solare termico con un’impianto solare termico da 20 MW presso la centrale Archimede di Priolo (Siracusa), progettato insieme all’ENEA. Quest’ultimo impianto, in fase di completamento, si basa su un’idea innovativa di sfruttamento dell’energia solare, consistente in un processo di integrazione industriale tra un impianto solare termodinamico e una centrale convenzionale con ciclo combinato a gas. La potenza della parte solare sarà di 20 MW, il costo sarà di 2.500 € al kWp. L' entrata in esercizio è prevista per il 2007.
Le principali innovazioni riguardano:
l'utilizzo di un accumulo termico di grandi dimensioni, mediante il quale l'impianto può erogare una potenza elettrica costante nell'arco delle 24 ore, indipendentemente dalla variabilità della fonte solare;
l'incremento della temperatura di funzionamento dell'impianto (fluido termovettore ed accumulo). Questa innovazione richiede, da un lato, l'uso di un fluido termovettore (miscela di nitrati di sodio e di potassio) diverso dall’olio sintetico impiegato negli impianti attualmente in esercizio e, dall’altro lato, un sostanziale miglioramento delle proprietà ottiche del rivestimento del tubo ricevitore dei collettori che permetta un migliore assorbimento del calore;
la progettazione di un nuovo tipo di concentratore, basato sull'impiego di specchi più sottili sostenuti da una struttura, in grado di assicurare una significativa riduzione dei costi di costruzione e posa in opera. |
 Sistema a 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 o a ciclo Brayton. Le dimensioni dei singoli moduli possono variare nell’intervallo da 5 a 50 kWatt elettrici; con una serie di tali concentratori si possono realizzare impianti di qualsiasi taglia e potenza. Mentre impianti con un numero limitato di specchi hanno generalmente il generatore individualmente montato su ciascun punto focale, su più grande scala il calore può essere raccolto attraverso guide di calore (heat-pipes) presso una stazione di potenza localizzata centralmente, dove può essere aggiunto anche l’accumulo dell’energia termica, come nel caso delle torri solari.
Nell' immagine un concentratore solare con motore ciclo Stirling al ricevitore, la potenza di picco è di 10 kW, proprietà di Sandia’s National Solar Thermal, installato ad Albuquerque New Messico. |
Il calore prodotto dai concentratori solari possono azionare i motori che sono attivati dal calore a medie e alte temperature per muovere generatori di energia elettrica o per pompare acqua o altre applicazioni meccaniche.
  Turbina a vapore ciclo Rankine
Descrizione del ciclo di Rankine
da 1 a 2: il fluido che è nella fase liquida viene compresso mediante la pompa;
da 2 a 2’ e da 2’ a 3: il fluido viene riscaldato e poi vaporizzato a pressione costante per mezzo di una caldaia;
da 3 a 4: il fluido nella fase di vapore saturo secco compie lavoro espandendosi isoentropicamente nella turbina;
da 4 a 1: il fluido ora nella fase di vapore saturo a bassa pressione viene condensato nella fase liquida a pressione e temperatura costanti per mezzo di un condensatore all’interno del quale si trova un serpentino percorso da acqua fredda.
La macchina di Rankine ha avuto e ha tuttora innumerevoli applicazioni: dalla locomotiva a vapore, alle centrali termoelettriche a combustibile fossile o nucleare e più recentemente nelle centrali solari termoelettriche a concentrazione. Normalmente il fluido che descrive il ciclo è l’acqua |
 | Motore ciclo Stirling ad aria calda
P1 = pistone 1; P2 = pistone 2; R = scambiatore di calore (solare o altro)
Il motore Stirling è un motore ad aria calda inventato nel 1816 da un pastore scozzese Robert Stirling che ha in se caratteristiche modernissime tanto che è attualmente utilizzato dalla NASA per applicazioni spaziali e terrestri per la generazione di energia. Anche i militari lo usano tanto è vero che hanno costruito un sommergibile in Svezia nel 1980 e varie auto mosse da questo motore sono state prodotte da Ford e GM.
Il motore Stirling è un motore a combustione esterna (la fonte di calore è esterna) e funziona a ciclo chiuso utilizzando un gas come fluido termodinamico (solitamente aria, azoto oppure elio nelle versioni ad alto rendimento). Il motore entra in funzione quando si raggiunge una opportuna differenza di temperatura tra il suo termostato caldo ed il termostato freddo. Una particolarità di questo motore è quella di funzionare senza fare ricorso a valvole. Le sole parti in movimento sono il pistone ed il dislocatore che agiscono collegati su una camma a 90 gradi. È probabilmente uno dei più interessanti motori a combustione esterna per la sua bassa manutenzione, la sua silenziosità e la possibilità teorica di raggiungere rendimenti vicini a quello teorico per cicli termodinamici. È possibile utilizzare la luce solare concentrata, ad esempio tramite un cilindro parabolico, per produrre la differenza di temperatura necessaria.
Esistono differenti possibilità per la configurazione relativa tra pistone motore e dislocatore. Nella più semplice il ciclo di funzionamento può essere riassunto nelle fasi illustrate di seguito. Consideriamo un sistema cilindro + pistone. La testata del cilindro è collegata ad una camera dotata di una "parete calda" (termostato caldo) ed una "parete fredda" (termostato freddo). All'interno della camera è collocato il "dislocatore, che è costituito da una parete isolante, non a tenuta, in grado di "coprire" alternativamente la parete calda e la parete fredda.
Il ciclo compiuto dal motore è allora il seguente:
1. Il dislocatore copre la parete fredda
2. Il gas della camera si espande
3. Il pistone si muove verso l'esterno: nel suo moto sposta il dislocatore sulla parete calda
4. Il gas si contrae
5. Il pistone si muove verso l'interno: nel suo moto sposta il dislocatore sulla parete fredda
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 Motore ciclo Brayton ad aria calda
Questo ciclo termico per la conversione dell'energia termica in energia meccanica comporta in alcune applicazioni dei vantaggi sia rispetto al ciclo Rankine (motore a vapore) sia rispetto al motore Stirling; rispetto al motore a vapore ha un maggior rendimento e migliori condizioni di sicurezza; rispetto al motore Stirling un minore peso ed una maggiore superficie captante l'energia solare, che può essere assorbita attraverso tutta la superficie esposta del tubo a serpentina, da sistemare all'interno di una cavità termicamente isolata posta all'altezza del piano di focalizzazione del concentratore solare.
Inoltre questo motore termico funziona con lo stesso principio delle pompe di calore e dei condizionatori; quindi può essere facilmente convertito per questi utilizzi. Descrizione del funzionamento: l'aria fresca a temperatura ambiente Ta entra dalla valvola A (che può essere azionata, al pari delle altre due valvole C e D mediante un sistema di aste e bilanceri, facenti capo ciascuno ad una opportuna camma fissata sullo stesso albero motore) e successivamente compressa; in questa fase aumenta la sua temperatura al valore Tc; quindi passa nel tubo a serpentina passando attraverso la valvola B che è una semplice valvola di non ritorno (come quelle dei pneumatici delle auto o delle biciclette). L'aria in uscita può essere immessa in un'altro tubo a serpentina immerso nell'acqua ottenendo acqua calda da inviare ad un serbatoio termicamente isolato per un successivo utilizzo.
Passando attraverso la serpentina l'aria viene riscaldata alla temperatura Tmax ed aumenta quindi la sua energia termica ed il suo volume; quindi, quando il pistone del secondo cilindro è al punto morto superiore, viene immessa nel cilindro attraverso la valvola D nella quantità tale da avere, alla fine della successiva espansione adiabatica, in corrispondenza del punto morto inferiore dello stesso cilindro, approssimativamente la pressione uguale a quella atmosferica; a quel punto la sua temperatura avrà il valore Te inferiore a quella massima raggiunta nella serpentina Tmax ma anche superiore a quella iniziale dell'ambiente Ta. |
Ricerca e sviluppo
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Sistemi fotovoltaici a concentrazione parabolica. Una configurazione fotovoltaica che promette risultati interessanti. Se si coprisse 1% della superficie dei deserti nel mondo con questi sistemi fotovoltaici (rendimento 15%) si potrebbe 16.800 TWh/anno di elettricità che corrispondono a 7.700GW di potenza installata. In Europa va avanti il progetto "EuroTrough". |
 Torri solari
Un sistema di specchi che inseguono il moto del sole su doppio asse, chiamati eliostati, riflettono l’energia solare su di un ricettore 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 turbo-generatore elettrico. Le torri solari sono particolarmente adatte alla produzione centralizzata di energia nell’intervallo di potenza solare da 100 a 200 MWatt elettrici.
La centrale a torre "Solar Two" in California. L'evoluzione di questa tecnologia prevede una produzione di energia elettrica ad un costo di 0,05 € al kWh.Le temperature nel ricevente possono arrivare oltre i 1000°C. In Israele esiste un impianto con il ricevente a terra, le temperature in questo sistema possono arrivare anche a 3000°C.
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Quardo del settore
 Nel 2003 la produzione mondiale di celle fotovoltaiche - che convertono la luce solare direttamente in elettricità - è salita a 742 MegaWatt (MW) pari ad una crescita del 32% rispetto all'anno precedente. Con la produzione di celle solari che è aumentata del 27% annualmente nell'ultimo quinquennio, la produzione mondiale cumulativa (cioè da quando è iniziata la produzione fino ad oggi) ha raggiunto i 3,145 MW, abbastanza per soddisfare i bisogni energetici di 1 milione di case. Questa crescita straordinaria è dovuta in parte ai miglioramenti tecnologici, ma soprattutto ai programmi di introduzione al mercato e agli incentivi statali.
I 5 maggiori produttori di celle solari fotovoltaiche - Sharp, Kyocera, Shell Solar, BP Solar, RWE Schott Solar - controllano il 60% del mercato. Nel 2000, la compagnia Giapponese Sharp ha battuto la Kyocera (anch'essa Giapponese) e la BP Solar nella classifica dei maggiori produttori mondiali. Da allora, la Sharp ha sostenuto un tasso di crescita annuale impressionante pari al 63%, piu' del doppio del tasso mondiale. Come risultato, la fetta di mercato che questa compagnia controlla e' salita al 27%.
La produzione Nipponica di celle fotovoltaiche - che corrisponde al 49% del totale mondiale - ha beneficiato da una serie di programmi incentivanti del governo. Il programma “70 mila tetti” nel 94 inizialmente copriva il 50% dei costi di istallazione del fotovoltaico. Tuttavia, mentre il costo delle celle solari scendeva con l'aumento della produzione, i sussidi sono stati ridotti a circa il 10%. Entro il 2002, il numero dei sistemi solari residenziali installati in Giappone aveva raggiunto il numero di 144 mila.
Altri incentivi statali utili comprendono lo stanziamento di 186 mln di dollari nel 2003 - per ricerca, sviluppo, programmi dimostrativi e incentivi di mercato - e la vendita della produzione di energia in eccesso alla rete elettrica. In soli 9 anni, dal 94 al 2003, questi programmi hanno contribuito al posizionamento del Giappone tra i leader mondiali nella produzione e nell'installazione delle celle solari.
La produzione Europea è aumentata altrettanto. Con una crescita del 41% nel 2003, la produzione fotovoltaica annua ammonta a 190 MW. Nonostante la mancanza di una politica unificata nell'UE riguardo all'energia rinnovabile, le politiche degli stati membri hanno fatto avanzare la posizione dell'Europa nel mercato mondiale. La Germania, il secondo mercato più grande per il fotovoltaico, si è affermata nel settore con il Programma “100 mila tetti”, lanciato nel tardo 1998, che forniva prestiti con interessi bassi per l'installazione di celle fotovoltaiche (il programma si è concluso prima del previsto, nel 2003, quando tutti gli obiettivi sono stati raggiunti).
La Germania ha rafforzato la sua leadership con una legge entrata in vigore nel 1999, che permette agli utenti di ricevere 45.7 centesimi di euro per ogni KWh generato dal fotovoltaico e rivenduto alla rete elettrica. Entro la fine del 2003, la capacità installata in Germania ammontava a 400 MW, ben oltre l'obiettivo iniziale di 300 MW. Il numero crescente di programmi di implementazione di mercato, così come vari incentivi regionali, fornisce una brillante prospettiva per l'industria solare sia in Germania che nel resto d'Europa.
Al contrario, la produzione fotovoltaica negli USA è diminuita del 14% nel 2003, scendendo a 104 MW. Ciò è dovuto alla riduzione della produzione da parte della BP Solar, al riacquisto delle celle solari da parte della Shell Solar, e alla bancarotta della Astropower - il secondo produttore di celle solari negli USA. Oltretutto, il programma “1 milione di tetti” - finalizzato ad appoggiare gli stati e le comunità locali nello sviluppo del fotovoltaico - che è stato lanciato nel 1997 dal Presidente Clinton, non è adeguatamente finanziato. Di conseguenza, alla fine del 2003 c'erano solo 229 mila tetti residenziali con pannelli fotovoltaici.
Le politiche statali, comprese le esenzioni fiscali o i prestiti agevolati sono stati più efficaci. L'Agenzia per la Protezione Ambientale in California ha recentemente proposto un programma che richiederebbe che metà delle nuove abitazioni nello stato siano alimentate col solare entro 10 anni, con l'obiettivo di avere 1 milione di case alimentate col solare entro 13 anni. La Cina potrebbe presto giocare un ruolo importante in questo settore. Secondo le autorità, il governo sta già investendo 1.2 miliardi di dollari nello sviluppo dell'energia solare nei prossimi 5 anni. Ci si aspetta di avere una capacita' totale installata di oltre 300 MW entro il 2005.
A livello mondiale, l'industria solare fattura 7 miliardi di dollari all'anno, e ci si aspetta che continui ad aumentare con la riduzione dei costi di produzione. Un sistema solare residenziale tipico costa circa 8-10 dollari per watt di capacità generato. Ma i programmi statali, assieme ai prezzi sempre più bassi, hanno fatto scendere i costi a 3-4 dollari per watt (10-12 cent per KWh). Gli analisti notano che per ogni raddoppiamento della produzione cumulativa, c'è una riduzione dei costi del 20%. Con una crescita annuale media di oltre il 30% dal 1995, questo si traduce nella riduzione del 5% dei costi ogni anno.
Fonti: www.enea.it, www.enel.it, www.energoclub.it, www.greencrossitalia.it
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