Pannelli, pannelli e pannelli

Qualche post fa, parlando del futuro delle energie rinnovabili, abbiamo visto alcuni dei grandi progetti pensati da qui a qualche anno. In particolare, il progetto DESERTEC, che pero’ sta avendo qualche problema gestionale iniziale, e soprattutto i grandi impianti dei paesi arabi che molto stanno investendo in questi settori:

– Energia solare nel deserto

Ora, come sottolineato in questo articolo, molto spesso i non addetti ai lavori tendono a mescolare le diverse tecnologie solari, parlando semplicemente di “pannelli”. In realta’, e’ necessario fare delle distinzioni ben precise, distinguendo le diverse soluzioni in base al principio fisico che ne e’ alla base. Proprio per questo motivo, ho deciso di scrivere questo post, appunto per illustrare le diverse tecnologie per lo sfruttamento dell’energia solare, sempre mantenendo un profilo divulgativo e senza entrare troppo in dettagli che potrebbero risultare noiosi. Ovviamente, chi poi vorra’ avere informazioni aggiuntive, potra’ contattarmi oppure cercare in rete la vastissima bibliografia che molto facilmente potete reperire su questi argomenti.

A questo punto, prima di tutto, vogliamo distinguere tre grandi categorie di pannelli, parlando di fotovoltaico, solare termico e solare termodinamico. Come vedremo, anche se possono sembrare simili, le tre soluzioni sono radicalmente differenti dal punto di vista tecnico-scientifico. Anche l’utilizzo e la diffusione di queste soluzioni risulta molto diversificata ed, in particolare, come vedremo, ad esempio il solare termodinamico e di piu’ recente introduzione e ancora in fase di importante sviluppo.

Pannello fotovoltaico

Elemento base di questo pannello e’ la cella fotovoltaica. La cella si presenta come una superficie nera o bluastra, ricoperta da un materiale semiconduttore, tra i quali il piu’ diffuso e’ certamente il silicio. Le celle standard prodotte a livello industriale hanno forme quadrate con lati da 4 o 6 pollici, anche se esitono esemplari piu’ piccoli utilizzati per alimentare calcolatrici e orologi.

Pannelli fotovoltaici in cui si vedono chiaramente le singole celle

Il principio di funzionamento della celle e’ appunto noto come “Effetto fotovoltaico”. Quando la luce incide sulla superficie della cella, questa si comporta come un generatore di corrente continua, sfruttando proprio le proprieta’ intrinseche del semiconduttore. Per ottenere una tensione maggiore, un certo numero di celle vengono connesse in serie per formare poi il pannello solare che tutti conosciamo.

Nel pannello fotovoltaico dunque, la radiazione solare viene convertita, attraverso il semiconduttore, direttamente in una corrente elettrica.

Purtroppo la connessione in serie implica una serie di problemi, come ad esempio la diminuzione di potenza del modulo se una o piu’ celle si trovano in ombra rispetto alle altre. In questo caso, e’ necessario assicurare una illuminazione uniforme di tutte le celle o in alternativa utilizzare moduli per l’inseguimento solare. Quest’ultima soluzione e’ utilizzata anche per migliorare l’esposizione in generale del pannello, consentendo a questo di ruotare offrendo sempre la propria area attiva in direzione del Sole. Come potete capire bene, l’utilizzo di motori per la rotazione implica ovviamente anche un consumo di energia, per cui e’ sempre necessario trovare un buon compromesso in queste soluzioni.

Poiche’, come detto, le celle si comportano come generatori di corrente, i pannelli devono poi essere collegati ad un inverter il cui compito e’ appunto quello di trasformare la tensione in alternata e quindi, poter immetere la produzione nella rete elettrica o anche per l’utilizzo nelle nostre abitazioni.

Ovviamente, come tutti sapete, il pannello fotovoltaico e’ quello maggiormente utilizzato ed e’ quello che viene utilizzato anche per la costruzione dei campi fotovoltaici, visibili in diverse zone, e che vengono costruiti appunto per la produzione e vendita dell’energia elettrica.

Solare Termico

Questo tipo di impianti viene utilizzato per catturare l’energia solare, immagazzinarla ed utilizzarla per scopi diversi. Tra questi, quelli maggiormente diffusi sono quelli per la produzione di acqua calda sanitaria, cioe’ per la produzione di acqua calda da utilizzare in casa. Come potete facimemte capire, in questo caso, questi impianti lavorano in sostituzione o di concerto con la caldaia che invece utilizza gas naturale.

Impianto solare termico domestico per acqua calda sanitaria

I pannelli termici possono essere di vari tipi, anche se i piu’ diffusi sono costituiti da una lastra di rame, percorsa da una serpentina, e verniciata di nero. L’intero pannello e’ poi coperto da una lastra di vetro.

In questo caso, molto spesso si possono vedere sui tetti delle abitazioni dei pannelli in cui nella parte alta sono facilmente distinguibili serbatoi d’acqua. In questa soluzione, l’energia solare catturata viene utilizzata immediatamente per riscaldare appunto il fluido ed utilizzarlo nell’abitazione. Solo per completezza, ci sono diverse tipologie di impianti che vengono distinte in base alle temperature di esercizio e che possono variare tra 120 gradi (bassa temperatura) fino anche a 1000 gradi (alta temperatura) quando utilizzati in impianti industriali.

Solare Termodinamico

In questo caso, il principio di funzionamento e’ del tutto simile a quello termico, ma con l’aggiunta di un ciclo termodinamico detto ciclo Rankine. I pannelli solari termodinamici hanno forme paraboliche per poter concentrare la radiazione solare e proprio per questo sono anche detti impianti a concentrazione.

A differenza degli impianti termici domestici, nel solare termodinamico l’energia termica accumulata viene utilizzata attraverso una turbina a vapore o anche un alternatore per produrre energia elettrica. Inoltre, l’energia termica puo’ essere accumulata in modo da essere sfruttata anche durante la notte o in condizioni di cielo nuvoloso garantendo in questo modo una produzione costante e non intermittente come avviene nelle soluzioni precedentemente viste.

Impianto solare termodinamico con pannelli a concentrazione

L’immagazzinamento dell’energia termica avviene mediante un fluido termovettore adatto appunto ad immagazzinare e trasportare il calore nel punto di conversione in energia elettrica. Nella prima generazione di impianti termodinamici, veniva utilizzato come fluido un olio diatermico, questo e’ stato poi sostituito con una miscela di sali fusi, molto piu’ efficienti ed in gradi di trattenere per tempi piu’ lunghi il calore. Proprio il fluido termovettore e’ quello che garantisce la produzione di energia durante la notte. Il calore accumulato dal fluido durante l’esposizione al sole, rimane immagazzinato per diverse ore, in alcuni casi anche giorni, garantendo in questo modo una produzione costante.

Come visto nell’articolo precedente, proprio questo genere di pannelli, grazie al principio fisico che sfruttano, possono anche essere utilizzati in condizioni estreme, come ad esempio il deserto del Sahara. Ad oggi pero’, il costo dell’energia prodotta con questi sistemi e’ ancora 5-6 volte maggiore rispetto a quello di altre soluzioni percorribili. Il motivo di questo e’ da ricercarsi nella relativa giovane eta’ di questa tecnologia e soprattutto nella mancanza ancora di una produzione industriale massiccia di questi pannelli. In questo senso, la ricerca, soprattutto nella migliore concentrazione solare e nel piu’ vantaggioso fluido da utilizzare, sta andando avanti molto velocemente. Questo ci spinge a pensare che nel giro di pochi anni questa diverra’ una tecnologia sfruttabile a pieno e da cui si potranno avere buone produzioni energetiche anche in diverse parti del mondo.

Concludendo, come abbiamo visto, non possiamo parlare semplicemente di pannelli confondendo soluzioni radicalmente diverse tra loro. I principi tecnico-scientifici alla base di ciascuna soluzione sono radicalmente diversi, anche dal punto di vista dell’utilizzo. A livello di ricerca, il solare termodinamico sta portando importanti risultati e molto probabilmente, nel giro di pochi anni, questa soluzione potra’ avere costi piu’ contenuti e dunque una maggiore diffusione su scala mondiale.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Pubblicità

Elezioni, promesse verdi e protocollo di Kyoto

Come tutti sanno, qui in Italia, siamo nel pieno della campagna elettorale per le elezioni politiche. Non passa un giorno senza che i nostri candidati premier promettano questo o quest’altro, facendo a gara tra loro a chi riesce a fare la “sparata”, perche’ in genere solo di questo si parla, piu’ grossa in TV o sui giornali.

Ovviamente, lungi da me fare un discorso politico su questo blog. La premessa fatta, e su questo credo che nessuno possa dire il contrario, e’ indipendente da destra, sinistra, centro, sopra e sotto.

Oggi pero’, leggendo il giornale, vedo una serie di notizie che mi hanno fatto riflettere. Tutti hanno cominciato a parlare di ambiente e si sono resi conto che nei programmi elettorali non poteva certo mancare anche la promessa su queste tematiche. In particolare, proprio oggi, ci sono state una serie di dichiarazioni riguardanti proprio la politica delle rinnovabili e lo sfruttamento o meno di determinate risorse italiane.

A cosa mi riferisco?

Cominciamo proprio dal discorso sfruttamento. Nel canale di Sicilia sta facendo molto discutere la scelta di installare piattaforme per l’estrazione petrolifera. Prima di tutto, su molte fonti si e’ iniziato a parlare di tecniche di fracking, di pericolo terremoti o anche della possibilita’ che attivita’ di questo tipo possano creare tsunami nei nostri mari.

Di fracking abbiamo parlato piu’ volte, ad esempio, in questi post:

– Fratturazione idraulica

– Una prova del fracking in Emilia?

– Innalzamento dei pozzi in Emilia prima del sisma

Come sappiamo, queste tecniche sfruttano l’inserimento nel terreno di fluidi ad alta pressione i quali, mediante un azione corrosiva, riescono a facilitare l’estrazione di idrocarburi, ma principalmente di gas. Come visto nei post precedenti, questo genere di attivita’ ha veramente mostrato la possibilita’ di innescare terremoti di intensita’ molto lieve anche a distanza di alcni giorni dall’immisione dei fluidi nel sottosuolo. Ci tengo a sottolineare che stiamo parlando di lievi scosse, non esiste nessun caso al mondo, documentato, in cui il fracking abbia creato terremoti di magnitudo elevata.

Dell’utilizzo del fracking ne abbiamo parlato nel caso del terremoto dell’Emilia del 2012. Come visto, questa relazione era in realta’ completamente campata in aria e questa attivita’ assolutamente non documentata prima ancora che connessa con il terremoto.

Tornando al caso dello stretto di Sicilia, i timori principali vengono dal fatto che questa e’ una zona da sempre considerata a rischio terremoti, vista anche la presenza di strutture del terreno molto diversificate, in grado di provocare l’amplificazione delle onde sismiche, ma anche grazie alla presenza di linee di faglia proprio nello stretto.

Diciamo subito che l’estrazione del petrolio nello stretto non prevede assolutamente l’utilizzo del fracking e non c’e’ assolutamente nessun pericolo terremoto in queste attivita’.

Queste considerazioni rispondono da sole alle accuse mosse in questa direzione, anche se la cosa principale da valutare e’ in realta’ l’utilita’ di queste trivellazioni. La nostra penisola, e ovviamente i mari che la circondano, sono molto poveri di giacimenti di idrocarburi e lo stretto di Sicilia non e’ assolutamente da meno. Il problema principale non e’ nemmeno l’utilizzo del fracking o delle trivellazioni, ma semplicemente la poverta’ dei giacimenti che sarebbero in grado di fornire una quantita’ di petrolio assolutamente non elevata. Per darvi un’idea, se anche si estraesse di colpo tutto il petrolio presente nel giacimento, questo sarebbe sufficiente alla nostra nazione solo per 2-3 mesi. Dunque? Forse la spesa non vale l’impresa, come si dice dalle mie parti.

Parlando invece di rinnovabili, il discorso sarebbe leggermente piu’ complesso, se non altro per la grande diversificazione delle fonti sfruttabili, ognuna con le proprie caratteristiche e i propri limiti. Rimanendo sul punto di vista elettorale, oggi tutti si dicono convinti nel sostenere l’utilizzo delle rinnovabili , dimenticando pero’ di fare un discorso a lungo termine.

Le rinnovabili, quali Sole e vento in primis, sono ampiamente disponibili in Italia e, ad oggi, ancora poco sfruttate. Quello che pero’ i nostri politicanti dimenticano di considerare, come sempre avviene non solo su questo tema, e’ la prospettiva ad ampio respiro. Di anno in anno, gli incentivi per l’installazione, ad esempio, di un impianto fotovoltaico sono diminuiti e hanno raggiunto un minimo con il quinto conto energia del 2012. Ovviamente ancora oggi conviene installare un impianto domestico per l’autosostentamento, ma questo principalmente grazie alla riduzione del costo dei pannelli e al leggero incremento in termini di rendimento dell’impianto stesso.

Ho preso come esempio il caso solare perche’ e’ quello piu’ noto e piu’ comune nei discorsi abitativi privati. Questo esempio e’ importante per capire la prospettiva futura. Lo sfruttamento delle rinnovabili ora non potra’ essere lo stesso tra 20 o 30 anni. Se pensiamo che anno dopo anno, il consumo medio di energia elettrica aumenta nel mondo vertiginosamente, e’ impensabile dare corrente a tutti questi paesi semplicemente con dei pannelli sopra il tetto o con qualche pala nel mare. Quello che i nostri politicanti dovrebbero capire e’ che investire nelle rinnovabili significa investire nella ricerca in questo settore. Per darvi qualche esempio, in campo solare vi sono molte soluzioni futuribili su cui si sta lavorando: solare termodinamico, ricerca su nuovi materiali, specchi, nanopraticelle, ecc. Tutte soluzioni che potrebbero incrementare la produzione di corrente elettrica per superficie occupata.

Abbandonando un attimo il discorso rinnovabili, si dovrebbe investire, ad esempio, nel campo della fusione nucleare. Questo settore e’ assolutamente appetibile e riesce a mettere d’accordo praticamente tutti: pro e contro nucleare, ambientalisti e imprenditori. La fusione nucleare consentirebbe di ottenere energia molto facilmente, con impianti puliti, senza emissioni e senza scorie radioattive. Cosa si potrebbe desiderare di meglio? Ovviamente siamo ancora lontani, ad oggi, dal pensare una centrale civile per la produzione di corrente che funzioni a fusione, ma per poter arrivare a questo e’ necessario investire in questo settore.

Concludendo questa parte, e’ inutile parlare di green economy se non si parla di investire nella ricerca, sia essa scientifica o tecnologica. Quando sentiamo dire che la scienza puo’ aiutarci a vivere meglio, stiamo parlando di questo, cioe’ di soluzioni in grado di farci vivere meglio, in un ambiente meno inquinato e non sfruttando come virus le risorse del nostro pianeta attaccandole fino all’ultima goccia.

Prima di chiudere, vorrei uscire un secondo dai nostri confini ma sempre rimanendo in tema ambientale. Proprio di questi giorni e’ la notizia che gli Stati Uniti hanno finalmente deciso di sottoscrivere il protocollo di Kyoto. Come sapete, in questo trattato gli stati si sono ripromessi di ridurre notevolmente l’emissione di gas serra nell’ambiente mediante una migliore politica ambientale ed industriale. Pensate che gli USA per anni hanno rifiutato di sottoscrivere il trattato anche se da soli producono circa il 36% dei gas serra a livello mondiale. Questo potrebbe forse essere un primo vero passo in avanti nelle politiche green degli Stati Uniti.

In questa breve discussione, abbiamo dunque cercato di analizzare il punto di vista scientifico nella produzione di energia da fonti rinnovabili. Anche in questo settore, la vera prospettiva futura e’ quella di un investimento reale nella ricerca al fine di poter migliorare la tipologia e la qualita’ delle fonti rinnovabili (e non) utilizzate. Questo messaggio e’ estremamente importante ed e’ quello che i futuri governanti, di qualsiasi colore, dovrebbero sempre tenere a mente.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.