SOLARE TERMODINAMICO
A CONCENTRAZIONE

La necessità di sfruttare fonti rinnovabili per produrre energia elettrica è una delle grandi sfide dei prossimi anni e, proprio per questo, un numero crescente di aziende e privati si sta muovendo in questa direzione. Il sole, in particolare, viene utilizzato per la produzione di energia elettrica non solo dagli impianti fotovoltaici, ma anche degli impianti solari termodinamici a concentrazione.

Caratteristiche solare termodinamico a concentrazione

Tra le fonti di energia rinnovabile, il sole è un delle più versatili, tanto che esistono diverse tecnologie che utilizzano questa fonte per produrre energia, sia termica che elettrica. In particolare, l’impianto solare termodinamico a concentrazione è composto da:

• Collettori;
• Tubo ricevitore;
• Liquido termovettore assorbitore;
• Scambiatore di calore;
• Turbina;
• Generatore di corrente.

Che cos'è un solare termodinamico a concentrazione?

Un impianto solare a concentrazione è una tecnologia che produce energia elettrica a partire da diverse componenti:

• I collettori, specchi parabolici o piani, riflettono i raggi solari e li direzionano verso un punto focale, dove è posizionato il tubo ricevitore; il principio utilizzato è comunemente noto: si tratta del concetto per cui convogliando i raggi solari in un unico punto si ottengono temperature molto alte, tanto che questo può essere causa di incendi. Usando questo principio nel fuoco dell’impianto, il punto in cui vengono direzionati i raggi solari, si registrano temperature fino ai 600 gradi;
• Nel ricevitore, che contiene il liquido termovettore, composto da sali o oli, viene raccolta l’energia solare e trasformata in energia termica;
• Il liquido termovettore riscaldato trasferirà energia ad uno scambiatore di calore per la produzione di vapore. Il vapore verrà utilizzato per la produzione di energia elettrica grazie al funzionamento della turbina;
• La turbina è collegata ad un generatore di corrente, che trasforma l’energia meccanica della turbina in energia elettrica.

Più specificatamente la produzione di elettricità con il solare a concentrazione avviene in due modi che si distinguono per il liquido di processo:

• Tecnologia a vapore: utilizzando uno scambiatore di calore il fluido termovettore scaldato dall’irraggiamento, scambia energia con acqua e ne alza la temperatura. Questa, raggiungendo temperature elevate, si trasforma in vapore ad alta pressione che aziona la turbina e trasferisce energia al generatore di corrente. È un impianto costoso per cui il suo utilizzo è ottimale solo in centrali di dimensioni importanti.
• Tecnologia ORC (Organic Rankine Cycle): a differenza della precedente, questa tecnologia utilizza, invece che acqua, un fluido organico, che grazie allo scambiatore di calore diventerà vapore che aziona la turbina. Questo sistema è meno costoso del precedente e lavora a temperature più ridotte infatti solitamente è presente in centrali con dimensioni inferiori. Inoltre, rispetto alla turbina a vapore quella ORC ha un rendimento inferiore.

Pannello solare a concentrazione

La funzionalità e il successo degli impianti solari termodinamici a concentrazione risiedono nei pannelli a concentrazione solare. La tecnologia è molto differente dai sistemi solari termici e dai fotovoltaici tradizionali: nei fotovoltaici tradizionali e nei sistemi solari l’energia solare attraversa una superficie di vetro e i raggi raggiungono una piastra assorbente che convertirà l’irraggiamento in energia elettrica, nel caso di impianti fotovoltaici, oppure in energia termica nel caso di impianti solari termici. Negli impianti solari a concentrazione, la tecnologia che viene colpita dai raggi solari non assorbe direttamente il calore, ma - essendo riflettente – li concentra in una sola area, detta fuoco, che può variare a seconda del tipo di collettore.

Collettore solare a concentrazione

Gli impianti solari termodinamici a concentrazione sono perlopiù impianti di grandi dimensioni. Si differenziano tra loro per il tipo di collettori che utilizzano e per la posizione del fuoco (ossia punto in cui convergono tutti i raggi solari riflessi).

I collettori principali sono quattro e si distinguono per collocazione, forma e posizione del fuoco.

• Collettore solare parabolico lineare a concentrazione: in questi impianti i pannelli hanno una forma parabolica e vengono montati allineati tra loro. Lungo il loro centro focale scorre un tubo che contiene il liquido termovettore: questo, una volta scaldato, confluisce nelle turbine collegate con i generatori di corrente. Inoltre, questi pannelli sono dotati di un sistema automatizzato che ne modifica l’orientamento in modo da assecondare l’inclinazione dei raggi solari a seconda dell’orario;
• Collettore lineare a riflettori Fresnel: in questo caso i pannelli sono posizionati linearmente e vengono ruotati in base al sole, inoltre presentano una forma piana e non parabolica. Il punto focale è quindi spostato verso l’alto e, di conseguenza, anche il posizionamento del liquido è sopraelevato rispetto alla tipologia precedente.
• Collettore a riflettori parabolici circolari: la particolarità di questi collettori è che sono indipendenti; ognuno infatti presenta un ricevitore proprio che è posto nel centro focale, punto centrale della parabola stessa;
• Torre di energia solare: anche in questo caso si tratta di specchi indipendenti, ma la particolarità sta nella presenza di un punto focale unico per tutti i pannelli. Questi si orientano autonomamente verso il ricevitore, posto su una torre, all’interno di cui è presente un serbatoio che contiene il liquido termovettore che verrà scaldato.

Il concetto di cella solare viene usualmente utilizzato per i sistemi solari tradizionali che prevedono l’installazione di pannelli fotovoltaici. Infatti, i singoli pannelli, nella maggior parte dei casi di forma quadrata o rettangolare, sono costituiti da piccole celle: il termine è infatti una metafora presa del mondo animale, rimandando all’alveare delle api costituito appunto da celle; come le singole celle delle api costituiscono l’alveare, allo stesso modo si comportano quelle del sistema solare tradizionale.

Quando si parla di impianto solare termodinamico a concentrazione il concetto di cella viene meno dal momento che l’intero sistema è basato sul funzionamento di uno specchio che riflette i raggi solari e confluisce i raggi in un punto o linea focale in cui viene riscaldato il fluido termovettore.