ENERGIA SOLARE

Sapevate che la quantità di luce solare che colpisce la Terra in soli 90 minuti è sufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico del pianeta per un anno intero?

L'energia solare converte la luce del sole in elettricità o calore, offrendo una soluzione sostenibile per soddisfare la nostra crescente domanda di energia. Tecnologie come i pannelli fotovoltaici (PV), gli specchi solari che concentrano la luce del sole e i collettori termici stanno già contribuendo a generare una parte significativa dell'energia mondiale, sostenendo al contempo una crescita rispettosa dell'ambiente.

PANNELLI FOTOVOLTAICI (PV)

Energia solare termica a concentrazione (CSP)

COLLETTORI TERMICI

PANNELLI FOTOVOLTAICI (pv)

I pannelli fotovoltaici sono una fonte di energia pulita e rinnovabile con un impatto ambientale minimo. Sono versatili, facili da installare e possono fornire energia anche in luoghi remoti dove le reti elettriche non sono disponibili. 

Come Funziona

Le celle fotovoltaiche (PV) funzionano sulla base dell effetto fotoelettrico, in cui materiali semiconduttori come il silicio interagiscono con i fotoni della luce solare. Quando la luce solare colpisce la cella PV, l'energia dei fotoni eccita gli elettroni, liberandoli dalla loro struttura atomica e generando coppie di elettroni e lacune.La cella ha un campo elettrico che spinge gli elettroni liberi verso il lato di tipo n (carico negativamente) e le lacune verso il lato di tipo p (carico positivamente), creando un flusso di elettricità.

Più celle fotovoltaiche sono collegate in pannelli per aumentare la tensione e la corrente prodotte. L'elettricità generata è corrente continua (DC), che esce dai pannelli e viene convertita in corrente alternata (AC) ramite un inverter, la forma standard di elettricità utilizzata per alimentare case, aziende e collegarsi alla rete elettrica.

La Scienza Dietro di Esso

Le celle fotovoltaiche (PV) funzionano sulla base dell effetto fotoelettrico, in cui materiali semiconduttori come il silicio interagiscono con i fotoni della luce solare. Quando la luce solare colpisce la cella PV, l'energia dei fotoni eccita gli elettroni, liberandoli dalla loro struttura atomica e generando coppie di elettroni e lacune.La cella ha un campo elettrico che spinge gli elettroni liberi verso il lato di tipo n (carico negativamente) e le lacune verso il lato di tipo p (carico positivamente), creando un flusso di elettricità.

Più celle fotovoltaiche sono collegate in pannelli per aumentare la tensione e la corrente prodotte. L'elettricità generata è corrente continua (DC), che esce dai pannelli e viene convertita in corrente alternata (AC) ramite un inverter, la forma standard di elettricità utilizzata per alimentare case, aziende e collegarsi alla rete elettrica.

Type of PV Panels

  • Pannelli MonocristalliniRealizzati da una singola struttura cristallina (tipicamente silicio). Questi pannelli sono noti per la loro alta efficienza, che va dal 15-24%con la maggior parte dei modelli commerciali che supera il 20%e per il loro aspetto elegante e nero. La durata è di 25-30 anni con la maggior parte delle garanzie che garantiscono l' 80% di efficienza per 25 anni.Questi pannelli sono una scelta eccellente per installazioni in cui lo spazio e la produzione per piede quadrato/metro quadrato sono una priorità.

  • Pannelli Policristallini: Realizzati da più cristalli (tipicamente silicio) che vengono fusi e versati in stampi. Questi pannelli sono meno efficienti rispetto ai pannelli monocristallini, ma sono più economici. L'efficienza di solito varia tra il 13-17% con una durata di 25-30 anni.Questi pannelli sono una scelta eccellente per installazioni più grandi, dove la convenienza economica e un investimento iniziale inferiore sono considerazioni importanti.

  • Pannelli a Pellicola Sottile: Realizzati posizionando il materiale fotovoltaico in uno strato sottile su un substrato come vetro, plastica o metallo. I pannelli a pellicola sottile sono leggeri e flessibili, ma hanno una minore efficienza, che varia tra il 7-18%e una durata di circa 10-20 anni.Questi pannelli sono la scelta migliore per applicazioni in cui la flessibilità, il design leggero e la convenienza economica sono priorità. Possono anche essere integrati in diverse superfici, come finestre o materiali da costruzione, e sono il tipo di pannello solare più economico.

  • Pannelli Mono PERC (Emitter Passivato e Contatto Posteriore): Un tipo di pannello monocristallino con tecnologia avanzata che migliora l'efficienza utilizzando uno strato passivato sul retro della cella. Questo design migliora l'assorbimento della luce solare e riduce le perdite di energia, rendendo i pannelli PERC più efficienti rispetto ai pannelli monocristallini standard. I pannelli PERC generalmente hanno un'efficienza che varia dal 20-25% con una durata di 25-30 anni.Questi pannelli sono una buona scelta in condizioni di scarsa illuminazione perché offrono prestazioni migliori rispetto agli altri tipi, ed sono ideali per installazioni ad alte prestazioni.

Energia solare termica a concentrazione (CSP)

L'Energia Solare Termica a Concentrazione (CSP) è una soluzione energetica pulita e rinnovabile che sfrutta il calore del sole per generare elettricità con un impatto ambientale minimo. È altamente efficiente, scalabile per grandi installazioni e può fornire energia affidabile attraverso sistemi di stoccaggio integrato utilizzando fluidi termici, eliminando la necessità di batterie.

Come Funziona

I sistemi di Energia Solare Termica a Concentrazione (CSP) utilizzano specchi o lenti per concentrare la luce solare in un ricevitore, focalizzandola per produrre calore. Questo calore viene trasferito a un fluido, che può poi essere utilizzato per generare vapore che aziona una turbina per produrre elettricità. I sistemi CSP sono ideali per progetti su scala industriale, fornendo energia rinnovabile e programmabile. Possono anche essere utilizzati per applicazioni industriali come la dissalazione dell'acqua, la produzione chimica e la lavorazione alimentare. Con lo stoccaggio di energia termica, i sistemi CSP possono generare energia anche durante i periodi nuvolosi o dopo il tramonto, rendendoli una fonte affidabile di energia rinnovabile.

La Scienza Dietro di Esso

L'Energia Solare Termica a Concentrazione (CSP) funziona utilizzando specchi o lenti per concentrare la luce solare su un ricevitore, che riscalda un fluido. Gli specchi più comuni utilizzati sono i canale parabolico, gli eliosistemi (nelle torri solari) e le lenti di Fresnel.Questi specchi concentrano la luce solare su un ricevitore, che di solito è un tubo di metallo o ceramica che assorbe il calore.

Il fluido di trasferimento del calore (HTF) utilizzato nel CSP è generalmente sali fusi, oli termici, o fluidi sintetici, che possono assorbire e trasportare molta energia termica. In questo tipo di sistema, il fluido riscaldato può raggiungere temperature fino a 600ºC (1.112°F). Questo fluido si sposta quindi verso uno scambiatore di calore, dove riscalda l'acqua per creare vapore, che aziona una turbina per produrre elettricità.

Uno dei grandi vantaggi del CSP è la sua capacità di immagazzinare calore. I sali fusi, ad esempio, possono immagazzinare energia termica per ore, anche dopo il tramonto, consentendo al sistema di produrre elettricità di notte o quando il tempo è nuvoloso. Questo stoccaggio di energia rende il CSP una fonte affidabile e flessibile di energia rinnovabile..

Tipi di Sistemi CSP

  • Sistemi a Canale Parabolico (PTSC): Questi sistemi utilizzano specchi a forma parabolica per concentrare la luce solare in un tubo ricevitore, dove scorre un fluido di trasferimento del calore. La luce solare concentrata riscalda il fluido, che viene poi utilizzato per generare elettricità in un generatore di vapore convenzionale. L'efficienza termica dei sistemi PTSC varia dal 50% all'80%, a seconda del design e delle condizioni operative. Questi sistemi sono ampiamente utilizzati nelle centrali solari a concentrazione (CSP) grazie alla loro alta temperatura di esercizio, che può raggiungere i 600°C (1.112°F).

  • Recent advancements in nanofluids have addressed the limitations of conventional fluids such as water, molten salts, and Therminol oils, improving heat transfer efficiency and reducing costs.

  • Sistemi a Torre Solare: Questi sistemi utilizzano eliostati (specchi piatti e mobili) per concentrare la luce solare su un ricevitore situato in cima a una torre centrale. Il calore concentrato aumenta la temperatura di un fluido di trasferimento del calore, che genera vapore per azionare una turbina. Questo sistema sta guadagnando popolarità grazie alla sua capacità di raggiungere temperature più elevate, migliorando l'efficienza, con ricerche recenti che garantiscono un'efficienza annuale netta di conversione da solare a elettricità di circa il 45%.
  • Sistemi Linear Fresnel (LFC): Questi sistemi utilizzano specchi piatti disposti in file per concentrare la luce solare in un tubo ricevitore sovrastante. Il fluido di trasferimento del calore all'interno del tubo viene riscaldato, generando vapore per la produzione di elettricità. Questi sistemi possono incorporare lo stoccaggio termico e sono utilizzati sia per la produzione di elettricità che per il calore industriale. Rispetto ai sistemi a canale parabolico, i sistemi Fresnel offrono costi di investimento più bassi e una migliore copertura del terreno, anche se generalmente hanno un'efficienza inferiore a causa delle limitazioni ottiche e geometriche.
  • Sistemi Dish Stirling: Questi sistemi utilizzano un concentratore a piatto parabolico per concentrare la luce solare in un ricevitore, che è collegato a un motore Stirling. Il motore converte il calore assorbito in energia meccanica per generare elettricità. Questi sistemi possono raggiungere efficienze di picco fino al 30%, con efficienze medie tra il 15% e il 27%. Tipicamente, i sistemi Dish Stirling sono utilizzati per applicazioni su piccola scala.

COLLETTORI TERMICI

I collettori solari termici offrono un modo efficiente e rinnovabile per riscaldare acqua e ambienti con un impatto ambientale minimo. Sono versatili, economici e ideali sia per uso residenziale che commerciale.

Come Funziona

I collettori solari termici catturano la luce solare per generare calore, che può essere utilizzato per una varietà di applicazioni, come il riscaldamento dell’acqua, dell’aria o addirittura per generare elettricità. I sistemi attivi utilizzano collettori solari per assorbire l’energia del sole, che riscalda un fluido (aria o liquido) che circola attraverso tubi verso un serbatoio di accumulo o direttamente nell'edificio. I sistemi passivi, invece, si basano su design edilizi che permettono al sole di riscaldare naturalmente l'interno, come attraverso finestre esposte a sud, senza componenti meccanici come pompe o ventilatori.

La Scienza Dietro di Esso

I collettori solari termici funzionano assorbendo la radiazione solare, che riscalda una superficie, tipicamente una piastra metallica o tubi nel collettore. Questo calore viene trasferito a un fluido che circola attraverso il sistema. Nei collettori a piastra piana, la luce solare passa attraverso una copertura trasparente, che riduce la perdita di calore e permette all'energia di essere assorbita da una piastra assorbitore di metallo di colore scuro. Il fluido nel sistema assorbe il calore dalla piastra e viene circolato verso un serbatoio di accumulo o uno scambiatore di calore. I collettori a tubo evacuato sono dotati di tubi di vetro che creano un vuoto per ridurre al minimo la perdita di calore, migliorando l'efficienza. Il fluido può raggiungere temperature che vanno da 80°C a 200°C (200 a 392°F), a seconda del tipo di sistema e della configurazione.

Tipi di Collettori Solari Termici
  • Collettori a Piastra Piana: Questo tipo di collettore è composto da una piastra metallica piatta che assorbe l'energia solare, una copertura trasparente per ridurre la perdita di calore e un'isolazione dietro l'assorbitore. Sono comunemente utilizzati per il riscaldamento dell'acqua e degli spazi negli edifici, operando in modo efficiente a temperature inferiori a 93°C (200°F). Ideali per applicazioni in cui temperature più basse sono sufficienti.
  • Collettori Integrati con Accumulo (ICS): Questi tipi di collettori presentano serbatoi o tubi neri in una scatola vetrata e isolata. L'acqua fredda viene riscaldata mentre passa attraverso il collettore prima di essere convogliata verso il riscaldatore d'acqua convenzionale. Sono particolarmente adatti per regioni con luce solare costante e inverni miti.
  • Collettori a Tubo Evacuato: Questo tipo di collettori è composto da tubi di vetro paralleli, ciascuno contenente un tubo metallico assorbitore con una aletta per catturare l'energia solare e ridurre le perdite di calore. Sono comunemente utilizzati per applicazioni commerciali e in climi più freddi grazie alla loro capacità di mantenere un'efficienza maggiore a basse temperature.

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