L'energia solare è l'energia associata alla radiazione solare e rappresenta
la fonte primaria di energia sulla Terra.
L'energia solare, infatti, è quella normalmente utilizzata dagli organismi
autotrofi, cioè quelli che eseguono la fotosintesi, comunemente indicati come
"vegetali" (da cui si originano anche i combustibili fossili); gli
altri organismi viventi sfruttano invece l'energia chimica ricavata dai
vegetali o da altri organismi che a loro volta si nutrono di vegetali e quindi
in ultima analisi sfruttano anch'essi l'energia solare, se pur indirettamente.
Da questa energia derivano più o meno direttamente quasi tutte le altre
fonti energetiche disponibili all'uomo quali i combustibili fossili, l'energia
eolica, l'energia del moto ondoso, l'energia idroelettrica, l'energia da
biomassa con le sole eccezioni dell'energia nucleare, dell'energia geotermica e
dell'energia delle maree. Può essere utilizzata direttamente a scopi energetici
per produrre calore o energia elettrica con varie tipologie di impianto.
Sulla Terra il valore di tale energia (a livello locale o globale,
giornaliera, mensile o annuale) si può calcolare come il prodotto tra
l'insolazione media, l'eliofania nell'intervallo di tempo considerato e la
superficie incidente considerata
Caratteristiche
Dal punto di vista energetico si tratta di un'energia alternativa ai
classici combustibili fossili, rinnovabile e pulita (energia verde) nonché una
delle energie a sostegno della cosiddetta economia verde nella società moderna.
Può essere opportunamente sfruttata attraverso diverse tecnologie e a diversi
fini anche se in diverse sue tecnologie di sfruttamento soffre di variabilità e
intermittenza di produzione ovvero non piena programmabilità dovuta ai cicli
giorno-notte e alla copertura nuvolosa.
Mediamente il Sole irradia alle soglie dell'atmosfera terrestre 1367 W/m²,
nota come costante solare e distribuita secondo lo spettro 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 W/m².
Moltiplicando il valore della costante solare per quello della superficie
perpendicolare all'emisfero terrestre esposto al Sole in un determinato
istante, si ottiene una potenza superiore ai 50 milioni di GW (per poter fare
un paragone, si tenga presente che la potenza media di una grande centrale
elettrica si aggira attorno ad 1 GW).
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, nel senso che 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 attualmente l'energia solare notevolmente costosa
rispetto ad altri metodi di produzione 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.
Tecnologie
L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità
(fotovoltaico) o per generare calore (solare termico). Sono tre le tecnologie
principali per trasformare in energia sfruttabile l'energia del sole:
· il pannello solare
termico sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali
caratteristiche, contenuto nel suo interno, che cede calore, tramite uno
scambiatore di calore, all'acqua contenuta in un serbatoio di accumulo.
· il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà
di particolari elementi semiconduttori per produrre energia elettrica quando
sollecitati dalla luce.
Utilizzi
Pannelli solari della Stazione Spaziale Internazionale
Attualmente i pannelli solari vengono utilizzati per fornire acqua calda
(solare termico) e riscaldamento ad abitazioni e piccoli complessi edilizi.
Sono state realizzate centrali solari che, utilizzando turbine, convertono il
calore immagazzinato in energia elettrica (solare termodinamico) ma questi
prototipi non hanno trovato larga applicazione per la bassa resa di queste
centrali rapportate con gli alti costi di gestione e con la discontinuità della
fornitura elettrica.
I pannelli fotovoltaici vengono utilizzati in impianti isolati per
alimentare dispositivi distanti dalle reti elettriche (sonde spaziali,
ripetitori telefonici in alta montagna, ecc) o con richieste energetiche
talmente ridotte che un allacciamento alla rete elettrica risulterebbe
antieconomico (segnaletica stradale luminosa, parchimetri, ecc) e sconveniente
dal punto di vista organizzativo. Ovviamente questi dispositivi devono essere
dotati di accumulatori in grado di accumulare la corrente elettrica prodotta in
eccesso durante la giornata per alimentare le apparecchiature durante le ore
notturne e durante i periodi nuvolosi.
Vengono utilizzati anche in grandi impianti connessi in rete, sebbene
la quantità d'energia erogata risulti variabile sia in ambito giornaliero che
stagionale e quindi difficilmente prevedibile nonché non programmabile; tale
discontinuità rende difficile soddisfare in ogni momento la domanda di
corrente, a meno di una produzione con un largo margine di sicurezza al di
sopra dei picchi annuali di domanda. Tuttavia, essendo però il picco di
produzione degli impianti ad energia solare in estate esso riesce a
controbilanciare la maggiore domanda domestica dovuta ai condizionatori.
L'installazione di pannelli fotovoltaici ha avuto il suo massimo
sviluppo in Germania, grazie ad una legislazione favorevole per la quale chi
produce energia in eccesso la rivende al fornitore elettrico, che l'acquista
allo stesso prezzo per kWh. In pratica il cittadino paga in bolletta la
differenza fra quanto consuma e quanto eroga all'ente elettrico. Se il saldo è
positivo ottiene un accredito. Analoga legislazione è stata introdotta anche in
Italia: il 19 settembre 2005 è entrato in vigore il cosiddetto "conto
energia", DL 387/2003 (che recepisce la direttiva europea 2001/77/CE),
giunto nel 2012 alla sua quinta riedizione.
Futuro
Attualmente la maggior parte degli studi si concentra su nuove generazioni
di celle fotovoltaiche dotate di una maggior efficienza di quelle attuali o su
celle fotovoltaiche dotate di un'efficienza simile a quella delle celle attuali
ma molto più economiche. Studi più ambiziosi
puntano alla realizzazione di centrali solari orbitanti. Queste centrali
dovrebbero raccogliere i raggi solari direttamente nello spazio e trasmettere
la potenza assorbita sulla Terra per mezzo di microonde o raggi laser.
Sono in fase di sperimentazione prototipi di sistemi di cogenerazione
fotovoltaica in cui si realizza la produzione simultanea di energia elettrica e
termica.
