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Solo una piccola parte di questa energia diviene realmente disponibile per sostenere la vita sul nostro pianeta e una frazione ancora più modesta è usata dall'uomo per i suoi fabbisogni.
L’energia “catturata” dal sole è pulita, inesauribile e a ridotto impatto ambientale.
Le forme di sfruttamento dell’energia solare sono molteplici, le 2 principali sono:
- trasformazione dell'energia solare in energia elettrica tramite conversione fotovoltaica.
- trasformazione dell'energia solare in energia termica tramite i collettori solari.
Il solare fotovoltaico
L’impianto fotovoltaico è un apparato in grado di produrre energia elettrica trasformando in maniera diretta, e silenziosa l’energia solare.
Gli impianti fotovoltaici sono generalmente suddivisi in due grandi famiglie: impianti ad isola (stand-alone) e impianti connessi alla rete ( grid-connected).
Impianti fotovoltaici ad isola
Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche isolate da altre fonti energetiche, come la rete nazionale in AC, che si riforniscono da un impianto fotovoltaico elettricamente isolato ed autosufficiente.
I principali componenti di un impianto fotovoltaico ad isola sono generalmente:
Campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole;
Regolatore di carica, deputato a stabilizzare l'energia raccolta e a gestirla all'interno del sistema;
Batteria di accumulo, deputata a conservare l'energia raccolta in presenza di irraggiamento solare per permetterne un utilizzo differito da parte dei carichi elettrici.
Impianti fotovoltaici connessi alla rete
Questa famiglia identifica quelle utenze elettriche già servite dalla rete nazionale in AC, ma che iniettano in rete la produzione elettrica risultante dal loro impianto fotovoltaico, opportunamente convertita in corrente alternata e sincronizzata a quella della rete.
I principali componenti di un impianto fotovoltaico connesso alla rete sono:
Campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole;
Inverter, deputato a stabilizzare l'energia raccolta, a convertirla in corrente alternata e ad iniettarla in rete;
Quadristica di protezione e controllo, da situare in base alle normative vigenti tra l'inverter e la rete che questo alimenta.
Componente spesso sottovalutata, i cavi di connessione, che devono presentare un'adeguata resistenza ai raggi UV ed alle temperature
Caratteristiche dell'impianto fotovoltaico
La potenza nominale di un impianto fotovoltaico si misura con la somma dei valori di potenza nominale di ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto il suo campo, e l'unità di misura più usata è il chilowatt picco (simbolo: kWp).
La superficie occupata da un impianto fotovoltaico è in genere poco maggiore rispetto a quella occupata dai soli moduli fotovoltaici, che richiedono, con le odierne tecnologie, circa 8 m² / kWp ai quali vanno aggiunte eventuali superfici occupate dai coni d'ombra prodotte dai moduli stessi, quando disposti in modo non complanare. Da osservare che ogni tipologia di cella ha un tipico "consumo" in termini di superficie, con le tecnologie a silicio amorfo oltre i 20 m² / kWp. Negli impianti su terreno o tetto piano, è prassi comune distribuire geometricamente il campo su più file, opportunamente sollevate singolarmente verso il sole, in modo da massimizzare l'irraggiamento captato dai moduli. Queste file vengono stabilite per esigenze geometriche del sito di installazione e possono o meno corrispondere alle stringhe, ovvero serie, elettriche stabilite invece per esigenze elettriche del sistema.
In entrambe le configurazioni di impianto, ad isola o connesso, l'unico componente disposto in esterni è il campo fotovoltaico, mentre regolatore, inverter e batteria sono tipicamente disposti in locali tecnici predisposti.
La prassi vuole che gli impianti fotovoltaici vengano suddivisi per dimensione in 3 grandi famiglie, con un occhio di riguardo soprattutto a quelli connessi alla rete:
Piccoli impianti: con potenza nominale inferiore a 20 kWp;
Medi impianti: con potenza nominale compresa tra 20 kWp e 50 kWp;
Grandi impianti: con potenza nominale maggiore di 50 kWp.
Questa classificazione è stata in parte dettata dalla stessa normativa italiana del Conto energia, tuttavia il "Nuovo conto energia" del Febbraio 2007 definisce tre nuove tariffe incentivanti: da 1 a 3 kwp, da 3 a 20kwp e oltre i 20
kwp.
Il solare termico
Il solare termico è una tecnologia usata ormai da decenni per la produzione dell'acqua calda sanitaria e per uso nel settore del riscaldamento, essiccazione, sterilizzazione, dissalazione e cottura cibi.
L'applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria.
Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua al giorno; il grado di efficienza varia in base alle condizioni climatiche e alla tipologia di collettore, e può essere stimato in un range tra il 30% e l’80%.
I principali tipi di collettore presenti in Italia sono:
- vetrati piani (molto comuni, di costo medio, versatili);
- non vetrati (solo per uso estivo, generalmente piscine o impianti balneari, molto economici);
- sottovuoto (ad alta efficienza, più costosi, ma ben utilizzabili tutto l’arco dell’anno);
- ad accumulo integrato (ben utilizzabili in zone a clima mite, abbassano i costi dell’impianto).
Funzionamento e Tecnologia
La tecnologia del solare termico viene utilizzata per produrre calore mediante lo sfruttamento della radiazione solare. Il processo termodinamico, che sta alla base della trasformazione, consiste nella trasmissione del calore da un corpo “caldo” ad uno “freddo”: il corpo caldo è il sole che irraggia energia nello spazio circostante ed il corpo freddo è il fluido (in genere acqua) che scorre all’interno del pannello; si ha quindi un sistema che funziona senza l'uso di alcun combustibile fossile.
Gli impianti posso essere a circolazione naturale o a circolazione forzata. In questi ultimi la circolazione del fluido termo-vettore avviene mediante la presenza di un circolatore.
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