Energia solare

In media il Sole irradia alle soglie dell'atmosfera terrestre 1367 watt per m² al secondo, (costante solare). Tenendo conto del fatto che la Terra è una sfera che oltretutto ruota, l'irraggiamento solare medio o insolazione è, alle latitudini europee, di circa 200 watt/m². Moltiplicando questa potenza media per metro quadro per la superficie dell'emisfero terrestre istante per istante esposto al sole si ottiene una potenza maggiore di 50 milioni di Giga Watt.

La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è quindi enorme, circa diecimila volte superiore a tutta l'energia usata dall'umanità nel suo complesso, ma poco concentrata, cioè è necessario raccogliere energia da aree molto vaste per averne quantità significative, e piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile con efficienze accettabili. Per il suo sfruttamento occorrono prodotti tecnologici in genere di costo elevato che rendono l'energia solare notevolmente costosa rispetto ad altri metodi di generazione dell'energia. Lo sviluppo di tecnologie che possano rendere economico l'uso dell'energia solare è un settore della ricerca molto attivo ma che, per il momento, non ha avuto ancora risultati rivoluzionari.

Tutta l'energia sprigionata dalla nostra stella deriva dalle reazioni nucleari che avvengono al suo interno:

infatti il sole è un grandissimo reattore a fusione: 4 nuclei di idrogeno (protoni) si fondono dando origine a un atomo di elio, costituito da due protoni e due neutroni, con una reazione fortemente esotermica. L’energia prodotta viene irraggiata nello spazio, e la terra ne riceve una quota parte in funzione dell’angolo solido sotto cui è vista. E’ ben noto come la presenza del sole sia fondamentale per la vita sulla Terra.

Caratteristiche principali dell’energia solare

L’energia arriva sia sottoforma di radiazione diretta (cioè perpendicolare alla superficie terrestre) sia sottoforma di radiazione diffusa (con angolo di incidenza della radiazione rispetto alla superficie terrestre qualunque). In condizioni di cielo sereno si ha quasi solo radiazione diretta, mentre in condizioni di cielo nuvoloso prevale la radiazione diffusa: entrambe le forme di energia sono tuttavia adatte per ricavarne energia elettrica.

Sapendo che un litro di benzina ha un potere calorifico pari a 10000 kcal, possiamo ricavare una immagine particolarmente significativa: la quantità di energia in arrivo dal sole è equivalente ad una “pioggia energetica di benzina” corrispondente a 10-20 cmbenzina/anno. In sostanza possiamo asserire che il sole dà energia in quantità enormi, superiori di ordini di grandezza al fabbisogno energetico mondiale.

L’energia solare è però caratterizzata da alcuni difetti che fino ad oggi ne hanno ostacolato un utilizzo massiccio:

• la diluizione;
• la discontinuità;
• l'aleatorietà.

Poiché la massima radiazione incidente che si può avere su una superficie piana è dell’ordine di 1 kW/m², (valore che risulta estremamente basso se paragonato ai flussi energetici che si hanno tipicamente nei componenti energetici di comune utilizzo quali combustori, caldaie, motori), alla necessità di disporre di un opportuno sistema di raccolta dell’energia solare si affianca l’esigenza di adottare un sistema in grado di concentrare la radiazione solare. Svariati tipi di concentratore sono disponibili, in tutti i casi basati sull’utilizzo di specchi: un esempio rappresentativo è costituito un sistema di specchi puntato su un ricevitore (caldaia solare). In questo modo la densità di potenza viene aumentata e può arrivare a superare quella degli impianti convenzionali.
I problemi connessi a discontinuità (alternanza giorno-notte) e aletorietà (variazione delle condizioni climatiche) possono invece essere risolti con un adeguato sistema di accumulo che aggiunge però costi e complessità all’impianto. Il problema della discontinuità non sussiste se l’impianto è in rete (situazione attuale più diffusa) in quanto la mancata produttività dell’impianto solare viene coperta dagli impianti convenzionali.
L’insieme delle caratteristiche dell’energia solare fa sì che alcuni siti siano privilegiati per l’installazione di un impianto per lo sfruttamento dell’energia solare (le condizioni del sud Italia sono discrete ma esistono tuttavia siti più adatti quali il Sahara o i deserti californiani).