L'ENERGIA SOLARE

IL SOLE (Come pianeta)

Il Sole è una stella di tipo spettrale, di colore giallo, di magnitudine assoluta + 4.7, la più vicina alla Terra, dalla quale dista 149.596.850 km (distanza media), che costituisce il sistema solare. Si tratta di una stella appartenente alla sequenza principale, di piccole dimensioni e 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 di Via Lattea, sull’orlo interno del Braccio di Orione. È animato da una rotazione su se stesso a velocità angolare differenziata: 29.9 giorni all’equatore, 34 giorni in prossimità dei poli, e da un moto di rivoluzione, attorno al centro della galassia che compie in un periodo di 273 milioni di anni, ad una velocità orbitale di 240 km/s. La sua massa è di 1.99X 10³³ g, cioè 332.270 volte la massa terrestre, costituendo da solo il 99% della massa totale del sistema solare. Il diametro appartenente del sole è di 32’0’’, i radianti: 0.0093, in km 1.392.000, vale a dire 109 volte il diametro della terra. La sua densità media è di 1.41, mentre quella della Terra è di 5.5, ma è stato calcolato che all’interno è di 120. La gravità media sarebbe 27.9 volte quella della Terra.

Il sole è formato da: 1) Cromosfera; 2) Fotosfera; 3) Zona convettiva; 4) Nucleo; 5) Zona radioattiva; 6) Protuberanze solari 7) Macchie solari

IL SOLE (Come fonte di energia)

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

È inesauribile, durerà fino a quando ci saranno sole e terra;
È pulita, perché ci arriva attraverso i raggi del sole;
È abbondante, perché con una piccola parte di essa attenuerebbe il desiderio di energia di tutti i paesi del mondo;
Non costa nulla come materia prima.

Ci sono anche ostacoli:

È discontinua nel tempo perché la riceviamo in certe ore della giornata con intensità diversa da luogo a luogo.
È diluita, infatti, il nostro corpo la può ricevere per molte ore senza ustionarsi. Per raccoglierla in quantità elevate bisogna usare milione e milioni di apparecchi su vaste superfici nel territorio, però il costo di questi apparecchi è elevatissimo. Per produrre energia dal sole costerebbe dieci volte del normale. Nessuno pagherebbe una bolletta dieci volte superiore del solito.

Proprio per questi problemi l’energia solare si colloca tra le fonti alternative.

Conversione del calore

Quando la luce colpisce un corpo nella sua superficie una parte viene assorbita e si converte direttamente in energia termica ( in calore).

I sistemi per la “conversione” del calore sono vari e già sperimentati negli ultimi anni. Essi permettono di ottenere tipi di temperature diverse: basse, medie e alte.

Basse temperature:

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

Il sistema più usato è il collettore piano.

Sezioniamolo:

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

· Assorbitore, piastra di rame (buon conduttore), in essa sono ricavati molti canali dove circola un fluido (acqua o aria). Il sole scalda quindi la piastra e quindi il fluido mediante tubi viene portato all’esterno fino all’apparecchio utilizzatore;

· Isolante termico, impedisce la dispersione del calore;

· Contenitore, scatola contenente tutti gli elementi precedenti.

Il collettore piano è usato nella maggior parte dei casi per riscaldare l’acqua nelle case.

Medie temperature:

Si ottengono temperature superiori a quella dell’ebollizione dell’acqua. Per convertire il calore in queste temperature si usa il cilindro parabolico.

Sezioniamolo:

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

· La caldaia, è un tubo orizzontale sistemato sulla parabola nell’opportuna posizione. All’interno corre un fluido (acqua o aria ) scaldato dai raggi riflessi

· Meccanismo a orologeria, fa ruotare il cilindro per seguire il movimento del sole;

· Parabola, curva geometrica dove ogni punto è equidistante dal punto fisso e da una retta. Così i raggi vengono riflessi cadendo perpendicolarmente.

È utilizzato per far funzionare i “motori solari” dove il calore fa evaporare un gas che spinge un pistone, questi sono usati per far funzionare pompe e/o compressori.

Alte temperature:

Si ottiene tramite gli eliostati (specchi piani) che concentrano la luce del sole su una caldaia situata sopra una torre. Ogni eliostato possiede meccanismo per inseguire il sole durante la giornata. La concentrazione del sole fa evaporare l’acqua che circola nei tubi della caldaia. Il vapore viene convogliato nelle turbine che poi azionano l’alternatore.

Ad Ardano (vicino Catania, Sicilia) è stata costruita in via sperimentale una centrale ad eliostati. Essa occupa una superficie di circa 4 ettari ed con pieno sole e cielo limpido produce una potenza massima di 1 MW.

La centrale possiede 152 eliostati, ognuno ampio 52 cm², e da 48 specchi piani. Nel grosso gambo centrale c’è un meccanismo che cambia l’inclinazione di ogni eliostato per inseguire il sole. Il meccanismo deve essere molto preciso rinfacci con un errore di un grado ci si porta ad un errore di quasi 2 m alla distanza di 100.

La centrale dopo pochi anni perché si è dimostrata poco conveniente.

I costi per l’impianto sono elevatissimi perché è difficile mantenere inalterate le ottiche degli specchi giacché sono continuamente esposte al calore o alla pioggia.

Posizione geografica di Ardano e veduta della centrale

Conversione diretta in elettricità

Celle fotovoltaiche

Servono per convertire l’energia solare in energia elettrica.

Una cella fotovoltaica è una lastrina di silicio (semiconduttore) di solito circolare al cui interno ci sono dei fili conduttori. Quando la luce colpisce la cella nasce una timida corrente elettrica che dai fili verrà portata all’esterno per l’utilizzazione. Il rendimento teorico sarebbe del 25%, ma quello reale è del 14%. La durata delle celle è notevole perché le prime applicazioni sono avvenute 30 anni fa e sono ancora in funzione. Il costo delle celle è un ostacolo perché anche se il silicio è abbondante e economico, però la tecnologia di per produrre grossi cristalli di silicio è elevata. Infatti, sono usati nei motori spaziali.

La centrale solare fotovoltaica

La centrale è molto simile a quella a eliostati, solo che non ci sono la caldaia, la turbina e l’alternatore e gli eliostati, ma ci sono pannelli con migliaia di celle fotovoltaiche collegate in serie ad un alternatore. Attualmente le centrali non superano la potenza di 100 MW. Quest’elettricità costerebbe 10 volte di più rispetto a quella normale.

La “fame” di energia nel mondo, come risolverla?

Io consiglierei a tutte le famiglie di installare i pannelli solari nei tetti delle case. Per le automobili sistemerei nella parte superiore alcuni collettori piano per farle andare quando c’è il sole, mentre all’interno posizionerei una batteria (con durata effettiva di 6 mesi) in modo che l’auto possa funzionare anche quando piove. L’energia solare è una fonte integrativa, quindi viene usata poco per vari motivi prima indicati, ma io proporrei una distribuzione di produzione di energia elettrica.