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Solare Termodinamico Funzionamento e Prezzi

Quella che arriva dalla stella a noi piú vicina, il sole, è una grande forma di energia . L’energia termica generata dslla radiazione solare può essere usata perr riscaldare un fluido (liquido o gas). L’ energia ricevuta dal fluido può quindi essere utilizzata direttamente per produrre acqua calda per uso sanitario o per il riscaldamento , o indirettamente (produzione di vapore acqueo per pilotare alternatori e quindi ottenere energia elettrica , produzione di freddo , ecc.

L’energia solare termica proviene dal calore trasmesso dal Sole per irraggiamento e non deve essere confusa con altre forme di energia solare e in particolare con l’ energia solare fotovoltaica che utilizza l’ effetto fotoelettrico per trasformare i fotoni emessi dal sole in elettricità .

Solare Termico

Il collettore solare di un impianto solare termico è lo strumento utilizzato per trasformare la radiazione solare in calore. I principi fisici di base su cui si basa questa produzione di energia comprendono l’ assorbimento e la conduzione termica . Nel caso particolare dei sistemi di concentrazione ( centrale solare termodinamica , forno solare , ecc. ), anche la riflessione svolge un ruolo importante nella trasformazione dell’ energia.

Il primo uso non passivo registrato dell’energia solare termica da parte dell’uomo risale al 212 aC quando Archimede concentrò l’energia del sole per distruggere le vele delle navi romane che assediavano Siracusa . Tuttavia, gli scienziati hanno poi messo in dubbio la fattibilità tecnica di un tale metodo . Più di 17 secoli dopo, nel 1561, Adam Lonicer evoca un processo utilizzato dagli alchimisti utilizzano energia dal sole concentrato per preparare profumi .

solare-termodinamico

Storia e miglioramento degli impianti

Nel 1615, la pompa solare di Solomon Caus utilizza lenti per riscaldare un contenitore riempito con una miscela di aria-acqua. Questa invenzione è considerata il primo utilizzo dell’energia solare fin dai tempi classici.

Nel 1780 , HB de Saussure inventò uno strumento di misurazione che gli permise di studiare gli effetti calorici dei raggi del Sole, che chiamò “eliotermometro”, usando l’ effetto serra ottenuto da una vetratura posta sopra un assorbitore in una scatola isolata; crea così i primi collettori solari termici a bassa temperatura.

Nel 1893 , il fisico britannico James Dewar scoprì l’effetto thermos secondo il principio di un contenitore con due pareti separate da un vuoto d’aria, garantendo un isolamento quasi perfetto. Il principio del flacone coibentato consente in seguito lo sviluppo di tubi sottovuoto per collettori solari termici .

Negli anni ’10 , i primi scaldacqua solari individuali apparvero in California . Dopo un periodo dedicato essenzialmente allo sviluppo dell’energia idroelettrica , i test di sviluppo industriale delle centrali solari termiche sono stati coronati da un successo tecnico, ma non economico, perché sono arrivati ​​al momento in cui il prezzo del petrolio è nuovamente diminuito 2 .

Tuttavia, dagli anni ’70 e ’80 , il suo sviluppo è stato ritardato mentre è favorito lo sviluppo dell’energia solare fotovoltaica . Pertanto, solo le piccole unità solari termiche (scaldacqua individuali o piccole comunità, piscine, ecc. ) Sono funzionali, a scapito del forte riscaldamento solare per produrre elettricità.

Durante gli anni 2000, la necessità di ridurre le emissioni di gas serra , la prospettiva del picco del prezzo del petrolio e i dubbi sulle soluzioni per la gestione delle scorie nucleari e sui rischi legati a questa fonte di energia hanno reso il solare termodinamico più attraente. Gli scaldacqua solari hanno registrato un rapido sviluppo in alcuni paesi, in particolare in Cina, e progetti industriali su larga scala sono stati completati negli Stati Uniti, in Spagna, nel Medio Oriente , in Australia e in Marocco , ma la rapida diminuzione dei costi del solare fotovoltaico nei primi anni del 2010 ha lasciato cadere i progetti di termodinamica solare, diventando meno competitivi.

Vantaggi solare termodinamico

La cattura dell’energia solare termica ha diversi vantaggi:

  • Riscaldamento : i collettori per il riscaldamento sono relativamente semplici, rustici e resistenti.
  • Energia elettrica: i sistemi di turbine a vapore convenzionalmente utilizzati si basano su componenti perfettamente sicuri e collaudati; In zone molto soleggiate, la redditività è dimostrata: una centrale termica solare è in Marocco ammortizzata a livello energetico in 5 mesi 3 (ovvero, avrà prodotto più energia di quanto richiesto dalla sua costruzione e la sua start-up, che è paragonabile all’energia eolica (da 4 a 7 mesi ), ma molto più veloce dei moduli fotovoltaici al silicio (che attualmente richiedono da 3 a 5 anni per ripagare il proprio debito energetico , ma che richiederà meno costi e lavoro per la loro manutenzione e funzionamento).
  • Forte potenziale di crescita per i paesi in via di sviluppo, con un impatto moderato a priori sull’ambiente (deserti, zone aride, ecc .). Secondo il DLR, una capacità di oltre 3 GW è realistica in Europa e 15 GW per l’intero pianeta.
  • Depurazione dell’acqua: il distillatore solare può fornire acqua potabile sufficiente nei tropici e subtropici.

Il collettore solare termico è progettato per raccogliere l’ energia solare trasmessa dalle radiazioni e comunicarla a un refrigerante (gas o liquido) sotto forma di calore.

Funzionamento

Esistono diversi tipi di collettori , che si differenziano principalmente nell’intervallo di temperatura in cui vengono utilizzati. I sensori non vetrati sono ottimali per applicazioni a temperature molto basse (principalmente il riscaldamento della piscina). Poi vengono i collettori a vetro piano che possono essere utilizzati per la produzione di acqua calda sanitaria o per il riscaldamento di edifici. I collettori a tubi sottovuoto sono più adatti a temperature più elevate (> 80 ° C ). Per temperature ancora più elevate (> 100 – 110 ° C ) vengono normalmente utilizzati sistemi di concentrazione ( specchio cilindrico parabolico, Sensore lineare di Fresnel, riflettore parabolico come riflettore Scheffler, torre solare , ecc.).

Collettori di circolazione dell’aria, integrati in pareti e tetti

Quando è integrato nel muro (facciata o tetto) un tale collettore può assumere diverse funzioni architettoniche (muro, decoro, fonte di ombra, barriera antirumore, ecc. ), Fornire calore e recuperare parte delle perdite di calore dell’edificio stesso.
Tali sistemi sono attualmente utilizzati singolarmente, ma hanno un potenziale di integrazione in eco-quartieri , come barriere antirumore , retrofit energetici o nuovi edifici attraverso e in approcci di reti intelligenti , reti di energia collaborativa come proposto da TRI ( terza rivoluzione industriale promossa in particolare da Jeremy Rifkin ).

scaldabagno o scalda acqua solare

Su scala di un alloggiamento individuale o collettiva, è possibile installare un riscaldatore di acqua solare o un riscaldamento solare : è collettori vetrati installati più spesso sul tetto, attraverso il quale un fluido termovettore riscaldato dalla radiazione solare, che trasmette quindi calore a un serbatoio d’acqua o nel dispositivo chiamato “pavimento solare diretto”, a una lastra del pavimento.
Nell’abitazione collettiva, l’uso del solare trova anche tutta la sua utilità per produrre in via prioritaria l’acqua calda .

Esiste anche un impianto di riscaldamento solare che funziona secondo lo stesso principio del riscaldamento solare individuale, ma su scala più ampia. L’acqua calda prodotta viene quindi distribuita tramite reti di calore .

Solare termodinamico per rinfrescare gli ambienti

Esistono tipi di macchine frigorifere che utilizzano, paradossalmente, una fonte di calore: il frigorifero ad assorbimento di gas, ad esempio, abbastanza comune per camper e caravan. Questo calore può essere fornito dal sole, con sensori paragonabili a quelli di altre applicazioni. La dipendenza dal sole non è un problema quando si tratta di garantire l’evacuazione del calore solare in eccesso, e per altre applicazioni è possibile garantire il funzionamento con l’aiuto di un sistema di combustione ausiliario.

Fornello solare

I fornelli solari sono ampiamente usati in Cina e in India . Oltre al fornello e al pannello, sono stati sviluppati cucine paraboliche.

Un cartone di cartone coperto con un foglio di alluminio e tagliato per formare un guscio consente già di riscaldare una pentola (preferibilmente nera) collocata in un sacchetto di plastica trasparente che limita le perdite di calore e nel vapore acqueo. Con sistemi di questo tipo, molti cibi possono essere cotti, fatti bollire o riscaldati e l’acqua può essere bollita. Il pezzo più fragile è il sacchetto di plastica.

Le scatole di cottura con coperchio in vetro o plastica rigida sono abbastanza facili da produrre con materiali locali (gusci vuoti e secchi per l’isolamento termico, ecc .). Esistono molti modelli di cucine solari 10 per la cottura degli alimenti, che in genere raggiungono temperature da 100 a 220 ° C in generale.

Centrali solari termodinamiche

I sistemi di generazione di energia consentono di concentrare l’energia solare in un punto specifico che può raggiungere una temperatura considerevole. La produzione elettrica è quindi possibile tramite, tra gli altri, le turbine a vapore o altri motori termici.

Sono stati inoltre sviluppati collettori parabolici per il riscaldamento di un liquido di raffreddamento circolante in tubi posti al loro centro geometrico.

La soluzione economicamente più fattibile per la produzione di energia solare su scala industriale oggi è quella di riscaldare un refrigerante (acqua, sali fusi, oli sintetici o direttamente vapore) concentrando la radiazione solare .
L’irregolarità dell’energia solare può essere aggirata, sia immagazzinando calore (con un serbatoio di fluidi caldi), sia ibridando i concentratori solari con una centrale termica convenzionale (la caldaia e il calore solare alimentano la stessa turbina a vapore ).

La centrale elettrica di Mojave, in California, intorno al 1980, fu un progetto pioneristico. Abbastanza dimenticato da allora, questo settore torna negli anni 2000 (preoccupazioni per il riscaldamento globale e riserve di idrocarburi), con molti progetti pilota in una dozzina di paesi.

La centrale termo-solare Nevada Solar One è stata costruita a febbraio 2006 a Boulder City . Nel 2009 è collegato alla rete e sviluppa una potenza di 64 megawatt (terza potenza nel mondo 11. Secondo i suoi progettisti, elimina l’inquinamento equivalente a quello di un milione di auto in circolazione negli Stati Uniti .

Il gas Pacific and Electric ha annunciato nel novembre 2007 un impianto di energia solare a San Luis Obispo , che produce 177 MW di energia elettrica per 120.000 abitazioni 12 .
La centrale sperimentale a energia solare di Thémis ha anche prodotto elettricità in Francia negli anni ’80, prima che fosse addormentata a causa della mancanza di redditività a fronte della caduta dei prezzi del petrolio e dell’elettricità nucleare più economica. Lei è stata riqualificata.

La centrale elettrica Almeria in Spagna non ha avuto un seguito importante per le stesse ragioni. Il 31 marzo 2007A 25 km da Siviglia è stato ufficialmente inaugurato un impianto solare denominato PS10 con una potenza elettrica di 11 MW , la cui produzione prevista è di circa 23 GWh all’anno (la produzione a piena potenza di 2000 h / anno) 13 . Altre piante simili sono programmate 14 .

Una torre solare alta 1000 m , progettata a Buronga , in Australia, è stato uno dei progetti più ambiziosi al mondo per la produzione di energia alternativa. Sarebbe un impianto di energia rinnovabile che fornirebbe la stessa potenza di un piccolo reattore nucleare pur essendo più sicuro e più pulito.

Un motore Stirling collegato a un generatore può anche utilizzare un sistema di concentratori parabolici o sensori di fluido termovettore piatto, in base al suo gradiente termico operativo.

Solare termodinamico per casa

un impianto domestico con il solare termodinamico può essere realizzato da coloro che possiedono un tetto oppure uno spazio di almeno 4 o 5 mq costantemente irradiato dal sole.

Termodinamico prezzi

I prezzi di impianto solare termodinamico domestico oscillano tra i 1599 euro con un sistema con serbatoio da 200 litri fino a d arrivare a 3000 euro per quelli con serbatoi da 300 litri per famiglie di 4-6 persone. Si volesse usare allo stesso scopo un solare termico, i costi si dimezzerebbero, ma, per i noti limiti meteorologici, per 4-5 mesi l’anno si dovrebbe metter in conto di usare una caldaia di supporto anche solo per l’acqua sanitaria.

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Sergio Rondinelli

esperto nel settore delle energie rinnovabili con particolare attenzione al fotovoltaico e solare

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