Finora, i pannelli solari sono dispositivi comunemente noti per generare elettricità tramite risorse rinnovabili. E se ti dicessi che ci sono anche altri modi? Sì, l'energia del sole viene convertita in 5 metodi diversi, tra cui le celle fotovoltaiche. Diversi metodi di raccolta dell'energia solare utilizzano l'energia termica per scopi diversi, che vanno dal livello individuale a quello commerciale e industriale.
Che cosa si intende per raccolta di energia solare?
Un metodo per generare elettricità dal calore e dall'energia solare è definito raccolta di energia solare. Tutti i metodi e le tecniche utilizzano fondamentalmente la luce solare per generare energia. La raccolta di energia solare riduce la dipendenza dai combustibili fossili per produrre elettricità ed è vantaggiosa a lungo termine. Le nuove innovazioni portano a metodi e tecniche di raccolta di energia solare più efficienti. Insieme ai metodi, imparerai a conoscere la tecnologia di raccolta di energia solare utilizzata, l'impatto delle dimensioni dei pannelli solari, insieme ai pro e contro di questi metodi.
Quali sono i diversi metodi di raccolta dell'energia solare? Cosa sono i dispositivi di raccolta dell'energia solare?
La raccolta di energia solare è il processo di cattura e stoccaggio dell'energia solare irradiata dal sole. Dopo di che, questa energia di calore e luce viene convertita in energia elettrica tramite un metodo adatto. Esistono circa 5 diversi metodi di raccolta di energia solare. A volte questi metodi sono anche indicati come dispositivi di raccolta di energia solare.
1. Corpi neri
Come sapete, il nero assorbe la maggior parte dell'energia termica e questo è un altro metodo utilizzato per sfruttare l'energia solare. Le radiazioni elettromagnetiche del sole, compreso lo spettro infrarosso, vengono assorbite attivamente dal colore nero. Attraverso questa radiazione, l'energia solare viene convertita in energia termica. Corpi, contenitori e dispositivi neri sono in grado di assorbire ed emettere tutte le lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico. Questo metodo viene utilizzato per riscaldare le abitazioni e, più comunemente, per il riscaldamento dell'acqua a livello industriale.
2. Energia termica dei sali fusi
Questo metodo di sfruttamento dell'energia solare utilizza le radiazioni elettromagnetiche per fondere il sale. Il sale fuso viene trasferito a uno scambiatore di calore per riscaldare l'acqua e trasformarla in vapore. Questo vapore viene poi convogliato attraverso delle turbine che a loro volta generano elettricità. I serbatoi isolati consentono una produzione stabile di energia termica anche nelle giornate nuvolose.
3. Pannelli solari fotovoltaici
Questo è il metodo più diffuso per convertire l'energia solare in elettricità. A tale scopo vengono utilizzati pannelli solari di diverse dimensioni. La quantità di energia generata dipende dal numero di pannelli e dalla loro efficienza . Comunemente si utilizzano pannelli monocristallini o policristallini, abbinati a inverter e batterie per garantire un flusso di energia anche dopo il tramonto.
4. Scaldabagno solare
I pannelli solari termici raccolgono l'energia solare per alimentare questi riscaldatori. Nelle regioni con clima soleggiato, questo metodo viene utilizzato per sfruttare l'energia solare. Il corpo nero del riscaldatore è simile a un pannello fotovoltaico, poiché la superficie nera assorbe l'energia termica in modo efficiente. Una pompa fa circolare acqua fredda all'interno del recipiente, la quale assorbe il calore, raffreddando così il contenitore e riscaldando l'acqua.
Un altro sistema non utilizza una pompa, ma sfrutta la spinta di galleggiamento creata dal riscaldamento dell'acqua. Con questo metodo, l'acqua fredda scende, l'acqua calda rimane in superficie e la portata si riduce. Questo fenomeno è noto come termosifone.
5. Riscaldatore solare dell'acqua a tubi sottovuoto o tubi evacuati
Si tratta di un altro metodo di raccolta dell'energia solare, una versione migliorata del tradizionale scaldabagno solare. I tubi sottovuoto assicurano l'ingresso dell'energia radiante nel sistema, contenendo al contempo l'energia termica. Quest'ultima viene assorbita dai tubi termici e trasferita a grandi serbatoi d'acqua. Grazie ai tubi sottovuoto, la dispersione di energia termica è minima e quasi tutta l'energia radiante assorbita viene convertita in energia termica. Ora, vediamo cos'è la tecnologia di raccolta dell'energia solare.
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Che cosa è la tecnologia di raccolta dell'energia solare?
Le tre principali tecnologie per la raccolta dell'energia solare sono le seguenti:
1. Energia solare a concentrazione (CSP)
Questa tecnologia di raccolta dell'energia solare utilizza il calore termico (il calore del sole) per azionare turbine elettriche su scala industriale. Gli specchi vengono utilizzati per concentrare la luce solare che aziona motori a vapore o turbine tradizionali e genera elettricità. I collettori parabolici, i motori a disco, i riflettori lineari compatti di Fresnel e le torri di potenza sono diversi metodi per applicare il principio della concentrazione dell'energia solare.
a ) Canalina parabolica
Utilizza specchi curvi per concentrare l'energia solare su un tubo ricevitore che corre lungo il centro di un collettore parabolico. Un fluido termovettore ad alta temperatura, come l'olio sintetico, viene inserito all'interno del tubo ricevitore, assorbendo energia termica fino a raggiungere una temperatura di 750° Fahrenheit (circa 400° Celsius) o superiore. Questo calore viene trasferito attraverso uno scambiatore di calore che a sua volta riscalda l'acqua per produrre vapore. Le turbine a vapore convenzionali entrano in funzione quando il vapore le attraversa. I singoli collettori possono raggiungere un'altezza di 15-20 piedi (circa 4,5-6 metri) e una lunghezza di circa 300-450 piedi (circa 90-137 metri).
b) Motore a parabola
La superficie del riflettore parabolico è ricoperta da specchi distribuiti uniformemente che ricevono energia termica in un punto focale fisso. Il fluido di lavoro, come l'idrogeno nel ricevitore, viene riscaldato fino a 1200 ° Fahrenheit (circa 650 °C), azionando così il motore. Ogni riflettore parabolico ruota attorno a due assi e segue il sole durante il giorno.
c) Riflettore di Fresnel lineare compatto (CLFR)
Il sistema utilizza specchi curvi a canale, affiancati da specchi piani a basso costo disposti in lunghe file parallele. I ricevitori sopraelevati, punti di concentrazione dell'energia termica, sono abbinati a un sistema di tubi attraverso il quale scorre l'acqua. Con questa tecnologia di raccolta dell'energia solare, l'acqua viene fatta bollire dall'energia termica concentrata e il vapore così generato viene utilizzato per la produzione di energia elettrica e in applicazioni industriali.
d) Torre di potenza
Utilizza un sistema di ricezione centrale altamente efficiente e in grado di funzionare ad alte temperature . Degli eliostati (specchi controllati da computer) vengono utilizzati per tracciare l'energia termica durante il giorno e concentrarla sul ricevitore posto in cima a un'alta torre. Questa energia termica riscalda un fluido termovettore a oltre 1000 ° Fahrenheit (circa 540 °C) per produrre vapore che a sua volta aziona un generatore di energia centrale.
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2. Fotovoltaico (FV)
Con questo metodo, la luce viene convertita direttamente in elettricità. I fotoni della luce solare colpiscono e ionizzano il materiale semiconduttore dei pannelli solari, che a loro volta rompono i legami atomici degli elettroni e vibrano liberamente. La struttura semiconduttrice costringe gli elettroni a muoversi in una direzione, creando così una corrente elettrica. Tuttavia, solo una certa percentuale di luce viene assorbita e il resto viene riflesso. Altri tipi di tecnologia fotovoltaica sono il fotovoltaico integrato, i pannelli fotovoltaici a concentrazione e il fotovoltaico a film sottile.
a) Fotovoltaico integrato nell'edificio (BIPV): questo sistema genera elettricità per l'uso in loco oppure può essere esportato nella rete. Svolge la duplice funzione di generare elettricità e di fungere da strato esterno di una struttura.
b) Sistemi fotovoltaici a concentrazione : questo sistema è utilizzato principalmente nelle regioni desertiche e impiega specchi e lenti per concentrare l'energia solare su celle ad alta efficienza. Per il corretto funzionamento del sistema sono necessari la luce solare diretta e un sistema di inseguimento solare.
c) Fotovoltaico a film sottile : questo metodo è più economico dei suoi sostituti e spesso sviluppa tecnologie sperimentali. Si tratta di un tipo di cella solare sottile e meno efficiente. Svolgono la stessa funzione, ma a una velocità inferiore.
3. Sistema di riscaldamento e raffreddamento solare (SHC)
Questa tecnologia raccoglie energia termica per riscaldare acqua e aria, oltre a fornire acqua e aria fredda. La tecnologia di riscaldamento solare dell'acqua, il solare fotovoltaico con tecnologia termica e la tecnologia solare dell'aria sono metodi diversi utilizzati per lavorare su questa tecnologia.
a) Tecnologia dell'aria solare
Grazie a questa tecnologia di raccolta dell'energia solare, l'aria negli edifici commerciali e industriali viene riscaldata e utilizzata per il riscaldamento degli ambienti e, in alcuni casi, per l'essiccazione in agricoltura. Il sistema è generalmente installato a parete, consentendo il massimo assorbimento della radiazione solare, soprattutto durante l'inverno.
Su una parete rivolta a sud, i pannelli solari perforati sono installati a diversi pollici per creare una cavità d'aria. Dalla parete, l'aria superiore viene presa e riscaldata tra temperature di 30°-100° Fahrenheit in una giornata di sole. Questa aria riscaldata viene convogliata all'ingresso del riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC) tramite una connessione.
b) Solare Fotovoltaico con Tecnologia Termica (PVT)
Il modulo di pannelli solari potenziato installato sul tetto viene utilizzato per riscaldare l'acqua e generare elettricità. Per una produzione di energia elettrica ancora maggiore, un collettore fotovoltaico termico raffredda i componenti elettrici del sistema fotovoltaico e, allo stesso tempo, fornisce energia termica. Grazie alla capacità di produrre una potenza quattro volte superiore a quella di un singolo modulo fotovoltaico, la produzione di energia elettrica aumenta fino al 20% e le dimensioni dell'impianto possono variare da piccole a industriali.
c) Tecnologia di riscaldamento solare dell'acqua
Un serbatoio di acqua calda, tubi isolati e collettore solare sono i suoi elementi principali, abbinati a controlli elettronici e sistemi di protezione dal gelo per le regioni più fredde. Il calore raccolto dall'energia termica viene trasferito all'acqua potabile che scorre nei serbatoi di acqua calda. Per il backup, il riscaldamento ausiliario rimane collegato al serbatoio di acqua calda. Dopodiché, scopriamo l'impatto delle dimensioni del pannello solare sulla raccolta di energia.
Vedi anche: Quali sono i 4 tipi di pannelli solari?
Quale impatto hanno le dimensioni dei pannelli solari sulla produzione di energia?
L'impatto delle dimensioni dei pannelli solari sulla raccolta di energia è direttamente correlato alla loro efficienza. Infatti, le dimensioni dei pannelli solari possono aumentarne o diminuirne l'efficienza, influenzando di conseguenza la raccolta di energia solare. Allo stesso modo, un pannello solare sporco presenta una superficie ridotta, il che può a sua volta influire sulla raccolta. I parametri che definiscono l'efficienza sono i seguenti:
1. Area (Densità) : Misura la produzione di energia in watt per piede quadrato. Significa che pannelli di grandi dimensioni con una maggiore potenza generano più energia.
2. Cella : L'efficienza della cella si misura in modo simile attraverso la sua potenza. Pertanto, più celle ci sono, maggiore è l'efficienza e maggiore è la raccolta di energia solare.
3. Modulo : Si tratta dell'efficienza complessiva dei pannelli o del modulo solare. Un pannello con un'efficienza del 15% significa che assorbe solo il 15% dell'energia solare totale che lo colpisce. Pertanto, i moduli solari più efficienti tendono a raccogliere più energia.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi delle tecniche di raccolta dell'energia solare?
Dopo aver appreso i metodi di raccolta dell'energia solare, è bene essere consapevoli dei loro pro e contro. Pur essendo una fonte di energia pulita il suo vantaggio principale , presenta comunque alcuni svantaggi.
1. Vantaggi delle tecniche di raccolta dell'energia solare
- Con un approccio più rispettoso dell'ambiente si riduce l'impronta di carbonio.
- La tecnologia è avanzata e matura, con nuove innovazioni per una migliore efficienza.
- Produttore di energia sostenibile
2. Svantaggi delle tecniche di raccolta dell'energia solare
- Non completamente esente da inquinamento, in quanto i gas serra vengono emessi durante la produzione dei pannelli solari in silicio.
- I produttori dipendono da altri paesi per le materie prime, il che determina lunghe catene di approvvigionamento.
- Pannelli pesanti e rigidi riducono le applicazioni. Anche lo spazio e le spese richieste agiscono come svantaggio.
Bene, i metodi di raccolta dell'energia solare sono solitamente eseguiti su larga scala, ma puoi sempre optare per una versione di piccole dimensioni per la tua casa o il tuo ufficio. Ci sono opzioni disponibili sul mercato. Inoltre, i dispositivi di raccolta dell'energia solare per alcuni metodi sono facilmente disponibili e installati per uso residenziale. Tuttavia, ognuno di essi necessita di pannelli solari se installato su piccola scala per garantire una migliore produzione di energia.
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