Energia solare

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Introduzione

Energia solare Energia raggiante prodotta nel Sole per effetto di reazioni nucleari e trasmessa alla Terra sotto forma di radiazione elettromagnetica.

L’intensità della radiazione solare, cioè la quantità di energia che il Sole irraggia ogni secondo su 1 cm² di superficie terrestre, è detta costante solare; il suo attuale valore, calcolato quando la Terra si trova a una distanza media dall’astro, è 1,37 × 10⁶ erg s^-1 cm^-2 (1,97 cal/cm² al minuto) ma sembra variare dello 0,2% in trent’anni. Questa stima, tuttavia, prevede che l’atmosfera sia assolutamente trasparente alla radiazione, mentre gli effetti di assorbimento e di dispersione riducono molto l’ammontare di energia effettivamente disponibile.

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Trasformazione naturale dell’energia solare

L’energia solare, accumulata nell’atmosfera terrestre, negli oceani e negli organismi vegetali, è l’indispensabile condizione per il mantenimento dei processi vitali e dei fenomeni fisici che hanno luogo sulla Terra. Per citare solo alcuni esempi, è il motore del processo di fotosintesi che consente lo sviluppo della vita vegetale, del ciclo idrologico cui sono associate le precipitazioni e della circolazione dei venti.

Per sottolineare il valore dell’energia solare come fonte di energia utilizzabile, basti pensare che senza di essa non si sarebbe verificata la formazione di biomasse, e quindi dei combustibili fossili come carbone, petrolio, gas naturale, né potrebbe crescere alcun tipo di legno, da sempre utilizzato come fonte di energia. Le biomasse possono inoltre essere utilizzate per la produzione di metano o di alcol, attraverso processi di fermentazione o distillazione.

L’energia solare accumulata negli oceani dà luogo a gradienti verticali di temperatura che, inquadrati nell’ambito di un ciclo termodinamico, potrebbero forse essere sfruttati per produrre energia meccanica trasformabile in elettricità; questa possibilità, finora puramente teorica, richiederebbe l’impiego di dispositivi di dimensioni colossali.

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Raccolta diretta di energia solare

Per sfruttare la radiazione solare si ricorre a impianti a pannelli solari, o collettori solari. L’energia così ottenuta può essere usata sotto forma di calore per riscaldare un gas o un fluido, oppure può essere convertita direttamente in elettricità sfruttando l’effetto fotovoltaico e le proprietà fisiche di particolari materiali.

Esistono due tipi fondamentali di collettori: a pannello e a concentrazione.

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Collettori a pannello

Un pannello solare è composto essenzialmente da una superficie metallica che si riscalda per effetto della radiazione solare; il calore viene poi ceduto a un liquido termovettore che circola in una serpentina e successivamente trasferito al sistema utilizzatore, ad esempio l’acqua dell’impianto di riscaldamento domestico. In particolare i collettori a pannello sono in grado di riscaldare i fluidi di trasporto fino a circa 80 °C, con rendimento compreso tra il 40 e l’80%.

Questi dispositivi sono particolarmente adatti per il riscaldamento domestico: di solito i collettori vengono installati sui tetti e orientati opportunamente in relazione alla posizione geografica del luogo.

Oltre ai pannelli, i sistemi di riscaldamento a energia solare devono comprendere pompe idrauliche, sensori di temperatura, controlli automatici e sistemi di immagazzinamento del calore. Il fluido di trasporto del calore può essere costituito da aria, acqua o altri liquidi; come serbatoio di calore si può impiegare una cisterna d’acqua ben isolata termicamente.