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1 scheda didattica "i pannelli solari" newsletter WWF Svizzera Piazza Indipendenza 6, 6500 Bellinzona Tel.: /2008 Informazioni didattiche : Gli allievi studiano un tipo di energia e capiscono la distinzione tra energia rinnovabile e non rinnovabile. Imparano come si può utilizzare il sole in modo da massimizzarne le possibilità di sfruttamento. La distinzione tra pannelli solari termici e fotovoltaici è chiara. Livello : Scuole medie. Materiale : Lavagna e matite per rispondere alle domande del Quiz solare. Lavoro di preparazione : Leggere attentamente il testo di base (punti 1 a 3) Luogo : In classe. Durata : 1 o 2 lezioni da 45 minuti. Svolgimento : In un primo momento, il docente presenta il testo qui di seguito spiegando i termini più complicati alla classe. Dopo, a gruppi di due o tre, gli allievi leggono il testo e rispondono al quiz solare. Nel secondo momento, il docente corregge con la classe il quiz spiegando eventualmente le nozioni non chiare.

2 1) L energia solare: per la Terra un energia vitale e rinnovabile Il nostro sole è una stella come molte altre nella nostra galassia. È un enorme bolla di gas che brucia, la cui temperatura in superficie raggiunge circa i 5780 C. Potrebbe sembrare già molto caldo, in verità al suo interno la temperatura può arrivare fino a 15 milioni di gradi! Bisogna sapere che senza il sole, la superficie della Terra sarebbe troppo fredda e nessuna forma di vita sarebbe possibile. Infatti, gli essere umani, come le piante e gli animali ne hanno bisogno per vivere e alimentarsi. Lo sapevi che le piante utilizzano l energia solare, mediante la clorofilla, per produrre i glucidi (una parte della loro alimentazione) attraverso il processo chiamato fotosintesi? Una grossa parte dell energia utilizzata al giorno d oggi nel mondo (più dell 80%) proviene da giacimenti di combustibili fossili (carbone, petrolio, gas) o dall uranio. Questi giacimenti, questi stock costituitisi nel corso dei millenni attraverso l evoluzione geologica, non sono evidentemente infiniti, bensì esauribili. Al contrario, l energia fornita dal sole, dal vento, dalle cascate d acqua, dalla crescita dei vegetali, dalle maree, dal calore della Terra sono rinnovabili. Queste forme di energie hanno in definitiva due origini: il sole (poiché lui stesso è all origine dei venti, del ciclo dell acqua, delle maree, della crescita dei vegetali) e la terra (con il calore proveniente dal suo interno). 2) I pannelli solari Ecco qualche esempio dove il sole è utilizzato per produrre sia del calore, sia dell elettricità: a) I pannelli solari fotovoltaici (sole -> elettricità) I pannelli fotovoltaici, costruiti a partire da materiali semi-conduttori (sabbia, quarzo o silicio), trasformano l energia solare in elettricità. Per fare questo, un pannello fotovoltaico trasforma i fotoni della luce solare mettendo in movimento gli elettroni degli atomi delle sue cellule e produce direttamente una corrente elettrica continua. L'installazione solare può dunque alimentare un fabbisogno locale (associato a dei metodi di stoccaggio) o essere immessa, dopo essere stata trasformata in corrente alternata a 220 V attraverso un ondulatore, in una rete di distribuzione elettrica (a questo punto lo stoccaggio non è più necessario). Attualmente, dei modelli d avanguardia sono costituiti da muri o facciate d immobili, riempiti di fotofili semitrasparenti. Utilizziamo correntemente questo sistema con le calcolatrici senza batterie b) I pannelli solari termici collettori solari (sole -> calore) I collettori solari sono dei dispositivi utilizzati per convertire le radiazioni solari in energia termica. Questo metodo è utilizzato per rispondere in maniera efficace alla necessità di produrre acqua calda per un economia domestica o per riscaldare in modo adeguato i locali. Per questo tipo di attività non sono in effetti necessarie alte temperature: sono sufficienti per l acqua calda e i radiatori. Per fare questo, vengono installate delle serpentine sotto delle superfici piane che assorbono le radiazioni solari. Il calore si accumula nel fluido generalmente acqua, ma può trattarsi anche di aria o altre sostanze che circola nei tubi posti sotto il materiale assorbente. 02 L esempio del WWF Svizzera : Nel 1992, la sede romanda del WWF Svizzera a Vernier nel Canton Ginevra, a fatto installare 96 pannelli fotovoltaici sul tetto del suo edificio. Con una superficie di 60m2, questa installazione permette di coprire circa il 70-80% del fabbisogno di elettricità. Se la produzione dei pannelli è insufficiente per soddisfare il fabbisogno degli uffici per colpa di uno scarso soleggiamento, il WWF acquista l energia complementare presso il SIG (i Servizi Industriali di Ginevra). Questa necessità di energia è caratteristica principalmente nelle settimane invernali, periodo nel quale il fabbisogno aumenta rispetto alla bassa capacità produttiva in energia elettrica della centrale solare. Al contrario, se la produzione è superiore alla consumazione, il surplus generato è immesso nella rete del SIG, che compra l energia pagandola fino a tre volte il suo prezzo di vendita. Questa iniezione di energia ha luogo soprattutto durante i fine settimana e durante l estate, quando la produzione di energia è più elevata.

3 Infine all interno di un tubo a spirale, il termovettore trasmette il calore all acqua. Se l irradiamento non fosse sufficiente, è possibile sostituire temporaneamente a questo processo, un sistema tradizionale a nafta, a metano o più spesso un sistema elettrico. c) Le centrali elettriche termiche (sole -> calore -> elettricità) Il principio di funzionamento di queste centrali è semplice: la radiazione solare viene concentrata per mezzo di specchi e trasformata in energia termica. Nel tipo di centrali a pannelli solari, la luce è convogliata in un liquido che diventa gas grazie alle alte temperature raggiunte. Il gas è trasportato in una turbina che sottrae energia cinetica e la converte in energia meccanica che viene utilizzata da un alternatore per produrre energia elettrica. Nelle centrali solari a torre, invece l irraggiamento solare è concentrato da specchi verso una caldaia posta in cima a una torre che fa evaporare il liquido che inviato alla turbina genera energia elettrica. Le due foto mostrano dei dettagli della centrale a torre in funzione nella regione dell Andalusia in Spagna. energia (fasci di onde elettromagnetiche ad alta frequenza) attraverso un decoder che la trasforma in elettricità. Gli apparecchi micro-onde trasformano l elettricità in onde elettromagnetiche. Il processo citato qui sopra sarebbe semplicemente l opposto. L energia solare è già oggi utilizzata in modo marginale per diversi compiti. A questo proposito, citiamo qualche prototipo che funziona grazie al sole: dirigibili, tagliaerba, battelli, automobili, ricevitori. 3) Qualche pratico e utile gesto eco-compatibile per economizzare l elettricità a casa e a scuola : Anche se non abbiamo un impatto diretto su tutte le forme di energia utilizzate quotidianamente, ecco qualche buona azione da adottare da subito per sprecare il meno energia possibile: Installa o chiedi di installare dappertutto dov è possibile delle lampadine ecologiche e prendi la buona abitudine di spegnere sistematicamente le luci della stanza da cui stai uscendo. Una lampadina ecologica consuma 6 volte meno che una lampadina tradizionale. Inoltre, avendo una speranza di vita di 6000 ore dura 6 volte più a lungo delle classiche lampadine. 03 Lampadina a incandescenza d) E in futuro? Dei satelliti geostazionari in orbita attorno alla Terra capteranno l energia solare grazie a dei collettori fotovoltaici e emetteranno questa energia immagazzinata per radio-trasmissione. Sulla Terra, capteremo questa Lampadina economica Cerca di evitare di lasciare gli apparecchi elettronici in stand-by. Bisogna sapere che il consumo di questi apparecchi in modalità stand-by rappresenta

4 rappresenta circa il 15% della fattura per l elettricità in un economia domestica, e questo per qualcosa che neanche viene utilizzato! Un consiglio: attacca tutti gli apparecchi a una presa multipla dotata di tasto on/off. Ancora una cosa: i caricatori attaccati a una presa consumano elettricità anche se nessun apparecchio vi è attaccato. Spegni lo schermo del tuo computer quando lasci la stanza o l ufficio, perché spesso questa è la componente di un computer che consuma più corrente. Gli schermi piatti consumano meno corrente degli schermi tradizionali. Cerca di mantenere una temperatura confortevole e non surriscaldare inutilmente la tua stanza o il resto dell appartamento. Abbassando la temperatura ambiente nella stanza o nell apparta mento puoi risparmiare dal 5 al 7% sul consumo di calore. Per la stanza da letto regola la temperatura 18 gradi, il salone a gradi, la cucina a 20 gradi e per finire la sala da bagno a 22 gradi. Evita, nella misura del possibile, di utilizzare delle batterie e cerca di privilegiare gli apparecchi funzionanti a corrente. Lo sapevi che fabbricare una batteria necessita 50 volte in più di elettricità di quella che fornisce durante il suo utilizzo? Per evitare questo spreco, utilizza piuttosto delle pile ricaricabili (soprattutto le NiMh che possiedono una buona autonomia e possono essere ricaricate 500 volte). Esistono anche degli accumulatori solari, più cari all acquisto, ma con una durata di vita decisamente più grande e un minor impatto sull ambiente. 04

5 QUIZ SOLARE Se avete letto bene il testo e capito le nozioni affrontate sinora saprete sicuramente rispondere a dovere alle domande del quiz solare qui di seguito: 1) Qual è la temperatura media sulla superficie del sole? a) 10'000 gradi b) 5'780 gradi c) 3'500 gradi 2) Come si chiama il fenomeno naturale che le piante utilizzano per crescere? a) La fotografia b) Il fotovoltaico c) La fotosintesi 3) Qual è la percentuale di energia che proviene dai giacimenti di combustibili fossili? a) Circa 30% b) Circa 50% c) Circa 80% 4) Tra le forme di energia seguenti, quale non è rinnovabile? a) Il carbone b) Il sole c) Il vento 5) I pannelli solari fotovoltaici trasformano a) Le radiazioni solari in calore b) Le radiazioni solari in fonte di fresco c) Le radiazioni solari in elettricità 6) Quale temperatura può raggiungere l acqua calda prodotta da un pannello solare termico? a) gradi b) gradi c) gradi 7) In futuro, con quale mezzo un satellite geostazionario potrà ritrasmettere l elettricità sulla Terra? a) Per radio-trasmissioni b) Per MMS c) Con gli infrarossi 8) Quale tra i seguenti prototipi non funziona grazie al sole? a) Il battello b) Il dirigibile c) Il sottomarino 05 9) Qual è la durata di vita di una lampadina ecologica rispetto ad una tradizionale? a) Due volte più lunga b) Sei volte più lunga c) Dieci volte più lunga 10) Qual è la percentuale sulla fattura dell elettricità dovuta alla modalità stand-by degli apparecchi elettrici? a) 10% b) 15% c) 25%

6 Risultati del Quiz solare : Da 0 a 4 risposte corrette: ci sono ancora dei progressi da fare! Forse conviene rileggere il testo ancora una volta Da 5 a 7 risposte corrette: va già molto meglio, ma qualche nozione ti sfugge ancora Da 8 a 10 risposte corrette: Complimenti! Hai capito tutto e l energia solare non ha Più segreti per te! Risposte corrette : 1b, 2c, 3c, 4a, 5c, 6c, 7a, 8c, 9b, 10b Alcune pagine web per approfondire il tema :