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L’energia solare è la principale fonte di energia rinnovabile presente sul pianeta e sono stati studiati numerosi modi per trarne beneficio.
Data la sua importanza enorme, la domanda sorge spontanea: quali sono le caratteristiche dell’energia solare? E’ inesauribile, è disponibile per tutti e soprattutto è pulita al 100%; non comporta infatti emissioni di CO2 o di polveri sottili.
Sottolineate le particolarità e l’importanza della fonte, è possibile a questo punto spiegare come viene utilizzata l’energia solare e in che ambito; questa fonte di energia viene impiegata per la produzione di energia elettrica (tramite pannelli fotovoltaici) e termica (con i pannelli solari) per mezzo della radiazione solare.
Negli ultimi anni, lo sviluppo tecnologico degli impianti solari termici e fotovoltaici ha raggiunto livelli importanti; unitamente al fatto che l’attenzione verso l’ambiente è divenuta sempre più importante, possiamo vedere nelle città e in generale nei centri abitati sempre più tetti che presentano pannelli fotovoltaici o solari termici.
Per poter comprendere meglio le potenzialità di questa risorsa energetica green, è utile sapere come viene sfruttata l’energia solare, quali potenzialità possiede e quali sono i suoi vantaggi e svantaggi.
Prima di tutto, è interessante sapere che il sole è una fonte di energia inesauribile, la quantità di energia radiante che arriva sulla Terra dal Sole per unità di tempo e superficie è pari a 1,4 kW/m².
Come detto sopra, dall’energia solare è possibile ricavare elettricità e calore; quali sono i metodi principali per compiere queste funzioni?
● Solare fotovoltaico: la componente principale dell’impianto fotovoltaico sono i pannelli fotovoltaici, composti da una serie di celle fotovoltaiche, in grado di trasformare la radiazione solare in energia elettrica grazie alla presenza di un materiale semiconduttore, ossia il silicio. I materiali semiconduttori, una volta colpiti dalla luce solare, hanno la capacità di generare un flusso di corrente elettrica grazie al movimento di elettroni.
● Solare termico: la radiazione solare può essere utilizzata anche per riscaldare l’acqua sanitaria oppure gli ambienti, sia nelle abitazioni residenziali sia nelle aziende. Il principale dispositivo dell’impianto solare termico è il collettore termico: il suo scopo è quello di riscaldare un liquido, detto fluido termovettore, il quale poi si muove all’interno dell’impianto portando calore alle zone desiderate.
● Solare termodinamico: un impianto solare termodinamico è una tecnologia che integra all’impianto solare termico una pompa di calore. Ciò che lo distingue dagli altri sistemi che sfruttano l’energia rinnovabile è il fatto che questo impianto funziona tutto l’anno e durante l’arco dell’intera giornata grazie alla presenza della pompa di calore che interviene quando l’energia solare non è disponibile: la tecnologia innovativa che utilizza permette all’impianto di funzionare incondizionatamente, senza risentire di alcuna limitazione quando il clima non è dei migliori.
L’energia solare, come già ribadito, possiede numerosi vantaggi, sia per quanto riguarda la tutela dell’ambiente, sia dal punto di vista economico.
Il Sole, infatti, è una fonte energetica green, poiché non prevede nessuna combustione di gas e nessuna emissione di CO2. Inoltre, non presenta problemi di geolocalizzazione: tutta la Terra viene irradiata dal Sole, anche se alcune zone risultano effettivamente più esposte.
Sul fronte economico, i vantaggi sono notevoli: sebbene, per esempio, l’installazione di un impianto fotovoltaico sia una spesa abbastanza importante, l’investimento viene comunque ammortizzato nel giro di pochi anni: per fare un esempio concreto, l’installazione completa di un impianto da 3 kW richiede una spesa di circa 6.000 euro, recuperabili in un lasso di tempo medio di 8 anni, grazie al risparmio in bolletta e alle detrazioni fiscali che incentivano l’utilizzo di questi metodi di approvvigionamento energetico. Oltre a ciò, se si sceglie l’opzione di impianto fotovoltaico con accumulo, è possibile arrivare a un risparmio energetico in bolletta pari al 90%.
Anche l’energia solare presenta tuttavia degli svantaggi: uno di questi è che, essendo la radiazione solare non continua a causa dell’alternarsi del giorno e della notte e di eventi climatici, spesso non è garantita la continuità della produzione. Per ovviare a questo problema è possibile optare per un impianto fotovoltaico con accumulo, in modo da poter disporre dell’energia elettrica anche quando l’impianto non la produce. L’impianto solare termico invece prevede già l’installazione di un accumulo.
In Italia, come in tutta Europa, negli ultimi anni si è verificato un sostanziale aumento dell’utilizzo delle energie rinnovabili, le quali hanno fatto in modo che potesse diminuire l’utilizzo di carbone, molto dannoso per l’ambiente. Per quanto riguarda il nostro Paese, le energie rinnovabili hanno coperto il 36,4% della domanda elettrica durante lo scorso anno, mentre l’energia solare in Italia nel 2021 ha soddisfatto l’8% del fabbisogno elettrico nazionale, con una produzione arrivata al massimo storico e in aumento del 2,1% rispetto al 2020. Il solare fotovoltaico rappresenta dunque una quota del 21,7% nella produzione elettrica da fonti green, seconda soltanto all’energia idroelettrica.
La produzione di energia da fonte solare in Italia è in continua crescita: l’Italia è inoltre uno degli Stati europei con la maggiore esposizione ai raggi solari e pertanto investire nel fotovoltaico è sicuramente una soluzione molto efficiente. Infatti, se l’Italia riuscisse a fare in modo che la percentuale di energia solare non rappresenti più solo ⅓ dell’energia totale, potrebbe porsi come leader europeo in questo settore.
Nel corso del 2020 sono stati installati in Italia circa 750 MW di impianti fotovoltaici, in gran parte aderenti al meccanismo di promozione denominato Scambio sul Posto gestito dal GSE (57% circa) e agli incentivi fiscali; alla fine dell’anno la potenza installata complessiva ammontava a 21.650 MW, per un incremento rispetto al 2019 pari al +3,8%. La produzione registrata nell’anno è pari a 24.942 GWh, in aumento rispetto al 2019 (+5,3%) principalmente per le migliori condizioni di irraggiamento.
Secondo i dati ufficiali Eurostat, nel 2020 l’energia prodotta in Europa da fonti green ha coperto il 37% del fabbisogno elettrico dei Paesi UE, con l’energia solare ed eolica che per la prima volta hanno superato nel 2021 la produzione di elettricità dal gas. Nel complesso, il mix energetico elettrico europeo verde nel 2020 è cresciuto del 3% in confronto all’anno precedente, con il solare fotovoltaico che ha raggiunto una quota del 14% di tutta l’elettricità prodotta da fonti rinnovabili.
Tra i Paesi più avanzati nella transizione energetica ci sono Austria e Svezia, dove le energie pulite coprono oltre tre quarti del fabbisogno energetico di elettricità, mentre tale quota arriva intorno al 50% in Danimarca, Lettonia, Portogallo e Croazia. Agli ultimi posti si trovano invece Malta, Ungheria e Cipro, dove le energie rinnovabili coprono appena il 10% della domanda elettrica.
L’opzione migliore per sfruttare l’energia solare è un impianto fotovoltaico, un sistema in grado di trasformare la radiazione solare in energia elettrica. Questo processo può essere utilizzato sia in ambito domestico attraverso il fotovoltaico residenziale, sia nei settori industriale e aziendale ma anche per la produzione di elettricità su larga scala.
Per immagazzinare l’energia elettrica prodotta di giorno e in estate allo scopo di distribuirla meglio durante gli altri periodi è possibile installare un accumulo di dimensioni adeguate. L’energia elettrica green può servire anche per alimentare impianti termici come il riscaldamento a pannelli radianti, oppure la pompa di calore per il raffrescamento e riscaldamento sostenibile degli edifici.
Un altro modo per sfruttare l’energia solare è un impianto solare termico, un sistema dotato di appositi pannelli solari in grado di utilizzare l’energia solare direttamente per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria. Anche l’energia solare termica è una soluzione completamente ecologica a zero emissioni, inoltre il solare termico è compatibile anche con gli impianti di grandi dimensioni, adatti al fabbisogno energetico di industrie, strutture ricettive, ospedali e condomini.
La progettazione e l’installazione di impianti che utilizzano la fonte solare, come il fotovoltaico e il solare termico, richiedono un’adeguata conoscenza dell’energia che può essere effettivamente ricavata dal Sole. Considerando condizioni ideali, per un pannello solare piano, ossia disposto perpendicolarmente ai raggi solari e senza l’interferenza dell’atmosfera terrestre, la potenza radiante per metro quadrato sulla Terra è pari a 1.366,9 W/m². Ciò significa che ogni metro quadrato di modulo solare è raggiunto da 1.366,9 watt solari.
La potenza radiante è anche indicata come irradianza, un’unità di misura che varia in funzione della distanza della Terra dal Sole, dell’atmosfera terrestre, delle condizioni meteorologiche e della diversa posizione del Sole durante la giornata. Questi fattori rendono l’irradianza al suolo differente in ogni zona, infatti secondo l’ENEA in Italia la radianza solare può andare da 160 W/m² della pianura Padana fino a 200 W/m² della Sicilia.
Naturalmente esistono degli appositi strumenti per misurare la radiazione solare, come il piranometro e il piroeliometro. La potenza termica generata dall’irradiazione solare si misura invece in Watt o Joule. L’energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico viene misurata in kWh, ovvero in kilowatt per ora, per sapere la quantità di elettricità generata ogni 60 minuti.
L’energia dal Sole si ricava attraverso i pannelli fotovoltaici o solari termici, tramite i quali è possibile trasformare la radiazione solare in energia elettrica o energia termica. Negli impianti fotovoltaici le celle di silicio sono raggiunte dalla radiazione solare, con un trasferimento di energia dai fotoni della luce agli elettroni presenti nel materiale conduttore dei pannelli fotovoltaici.
Questo processo genera una corrente elettrica continua, la quale viene convertita dall’inverter fotovoltaico in corrente alternata affinché sia possibile utilizzarla per l’autoconsumo o la cessione alla rete elettrica. Negli impianti fotovoltaici con accumulo l’energia elettrica non consumata viene immagazzinata in specifiche batterie, in questo modo può essere usata anche in un secondo momento, ottimizzando l’efficienza dell’impianto e aumentando la quota di autoconsumo.
Un impianto solare termico sfrutta i raggi solari per convertire l’energia solare in energia termica, attraverso degli appositi collettori solari con i quali riscaldato il fluido termoconvettore e scaldata l’acqua tramite la cessione di calore.
In questo modo è possibile avere a disposizione acqua calda sanitaria senza produrre emissioni di CO2, oppure riscaldare un immobile in maniera ecologica e sostenibile, grazie all’enorme potenziale dell’energia solare.
Il presente testo è aggiornato al 2 Maggio 2022
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