ELETTROTECNICA ED IMPIANTI ELETRICI La Produzione di Energia Elettrica. Le centrali solari e il solare termico

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1 ELETTROTECNICA ED IMPIANTI ELETRICI La Produzione di Energia Elettrica Le centrali solari e il solare termico

2 Le centrali solari fotovoltaiche sfruttano i requisiti già visti ma hanno potenza superiore a 1 MW. Il campo solare è piuttosto esteso, la costruzione è curata da enti statali o privatizzati che gestiscono la produzione di energia. Non ci sono incentivi. 2

3 Le attuali tecnologie che utilizzano l'energia solare per produrre calore si possono suddividere in tre tipologie: a bassa temperatura, al massimo C; a media temperatura, al massimo 250 C; ad alta temperatura. 3

4 SISTEMI A BASSA TEMPERATURA I collettori vetrati piani sono la tecnologia più diffusa e più adattabile. Rispetto a quelli in plastica offrono una resa buona tutto l'anno. Da un punto di vista costruttivo sono disponibili varie soluzioni che si distinguono per la selettività della piastra assorbente, per i materiali (rame, acciaio inox e alluminio anodizzato) e per l'essere idonee all'uso in impianti a circolazione forzata o naturale. La circolazione naturale è meno costosa, più affidabile, ma meno integrabili con le strutture architettoniche da un punto di vista estetico, perché il serbatoio di accumulo deve essere posizionato più in alto del pannello e nelle immediate vicinanze. 4

5 SISTEMI A BASSA TEMPERATURA I sistemi a BASSA TEMPERATURA comprendono i sistemi che usano un collettore solare per riscaldare un liquido o l'aria allo scopo di captare e trasferire energia solare per produrre acqua calda o per riscaldare gli edifici. Le tecnologie di base sono tre: pannelli in materiale plastico; collettori vetrati; collettori sottovuoto. I pannelli in materiale plastico è una soluzione economica ma meno efficiente. Essa è adatta all'uso estivo in quanto l'assenza di copertura vetrata comporta perdite per convezione troppo elevate per un uso con basse temperature esterne. L'acqua da riscaldare attraversa direttamente il pannello, evitando i costi e le complicazioni impiantistiche dello scambiatore. Essa rappresenta pertanto la soluzione ideale per gli stabilimenti balneari, i campeggi, le piscine scoperte e le residenze di villeggiatura estiva. 5

6 I collettori sottovuoto presentano il rendimento migliore in tutte le stagioni (circa un 15-20% di aumento di produzione energetica rispetto a quelli piani), grazie al sostanziale annullamento delle perdite per convezione. Essi sono dei tubi di vetro, dove all'interno viene creato il vuoto e posta una superficie assorbente saldata ad un tubo chiuso alle due estremità, contenente del fluido bassobollente. Questo fluido, ricevendo calore dalla superficie irraggiata, evapora, sale in alto e condensa nella parte superiore dove il tubo è refrigerato da un flusso di acqua. Il condensato rifluisce per gravità verso la zona evaporativa, lambendo la superficie interna del tubo. I singoli tubi vengono assemblati in parallelo con condensatori posti in serie rispetto al fluido termoconvettore. Per recuperare in parte l energia solare sfuggente attraverso gli spazi tra i singoli tubi, ci può essere, posteriormente ad essi, una superficie riflettente (CPC Compound Parabolic Concentrator) che consente di concentrare la luce, diretta e diffusa, sulla superficie assorbente del pannello. 6

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8 I sistemi a MEDIA TEMPERATURA sono costituiti dai forni solari, che non hanno rilevanza commerciale. Il loro utilizzo è soprattutto hobbistico. 8

9 I sitemi ad ALTA TEMPERATURA sono relative a sistemi a torre con ricevitore centrale, sistemi a concentrazione parabolici lineari o puntuali. Tali sistemi sono utilizzati sia per la generazione di energia elettrica, sia per la produzione di calore di processo per l'industria chimica. Tali tecnologie sono in fase sperimentale e sviluppate da paesi come gli Stati Uniti, Germania, Israele e Australia. - TORRI SOLARE (CENTRALI A SPECCHIO) - SOLARE DINAMICO - SOLARE A CONCENTRAZIONE PUNTUALE 9

10 Centrali a specchio Un esempio è la centrale a torre "Solar Two" in California, (vedi figura), i risultati conseguiti da tale impianto non sono stati eccezionali con vari problemi da risolvere i quali causano ripetuti guasti. Anche in Italia si era sperimentato tale tecnologia con la realizzazione, negli anni '80 ad Adrano (CT), della centrale Solare Eurelios realizzata nell'ambito di un progetto di ricerca dell'allora CEE, grazie al contributo di un consorzio italofranco-tedesco. La centrale dopo una fase di sperimentazione durata dal 1981 al 1987 non è più utilizzata, poteva generare una potenza di 1 MW. Un esempio è la centrale a torre "Solar Two" in California, (vedi figura), i risultati conseguiti da tale impianto non sono stati eccezionali con vari problemi da risolvere i quali causano ripetuti guasti. Anche in Italia si era sperimentato tale tecnologia con la realizzazione, negli anni '80 ad Adrano (CT), della centrale Solare Eurelios realizzata nell'ambito di un progetto di ricerca dell'allora CEE, grazie al contributo di un consorzio italo-franco-tedesco. La centrale dopo una fase di sperimentazione durata dal 1981 al 1987 non è più utilizzata, poteva generare una potenza di 1 MW. 10

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13 Gli specchi si orientano in funzione della posizione del sole in maniera tale da concentrare sempre il fascio sulla torre solare. 13

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15 Il sistema a concentrazione con dispositivi parabolici lineari sono costituiti da specchi parabolici usati per focalizzare su un singolo asse i raggi solari lungo tubo ricevente posizionato sulla linea focale dei concentratori. Il mezzo portatore di calore, (normalmente olio), viene pompato attraverso i tubi ricettori e va ad alimentare una stazione di potenza localizzata centralmente. Il calore solare è poi trasformato in vapore allo scopo di far funzionare un turbo-generatore elettrico. La temperatura tipica di funzionamento è di 390 C. Tali impianti, chiamati SEGS ( Solar Eletric Generating System), oggi hanno dimensioni tipiche dell ordine da 30 a 80 MWatt elettrici, questi impianti sono stati realizzati anche in combinazione con impianti a gas o a carbone. 15

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17 In Italia si cercherà di realizzare il Progetto Archimede. Frutto della collaborazione tra Enel ed Enea, si cercherà di integrare il ciclo combinato a gas della centrale di Priolo, in provincia di Siracusa, con un impianto solare termodinamico. Il campo solare sarà composto da 360 specchi (collettori parabolici) che concentreranno la luce del Sole su tubazioni percorse da un nuovo fluido a base di sali. L'energia termica così raccolta produrrà vapore ad alta pressione che verrà convogliato alle turbine della centrale, incrementando così la produzione di energia elettrica. Questo ridurrà il consumo di combustibili fossili migliorando, di conseguenza, le prestazioni ambientali. 17

18 Il sistema a concentratori parabolici indipendenti (puntuali) è costituito da uno specchio parabolico, montato su un palo ed è mobile per seguire il moto del sole. Lo specchio riflettente i raggi solari nel punto focale, dove sono assorbiti dal ricevitore, che ha il compito di assorbire il calore che per mezzo di un fluido il quale è utilizzato da un gruppo motore-generatore, ad esempio un motore lineare tipo Stirling o a ciclo Brayton collegato ad un generatore elettrico. Le dimensioni dei singoli moduli possono variare nell intervallo da 5 a 50 kwatt elettrici; con una serie di tali concentratori si possono realizzare impianti di qualsiasi taglia e potenza. La SHEC Labs (Canada) ha prodotto un impianto a concentratori parabolici puntuali, capace di raccoglie sufficiente energia per produrre idrogeno dallo steam-reforming del metano. 18

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20 SOLARE TERMICO 20

21 Energia solare utilizzata per la produzione di acqua calda (utilizzo domestico) 21

22 Ha avuto una buona diffusione in Toscana grazie agli incentivi degli anni precendenti 22

23 La legge regionale 39/2005 stabilisce che i nuovi edifici si debbono dotare di pannelli solari termici per la copertura di almeno il 50% del fabbisogno di energia per acqua calda sanitaria. 23

24 Solare Termico e Fotovoltaico 24

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