Fausto Cavallaro Energia dal sole. Aspetti tecnologici e di mercato
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3 Fausto Cavallaro Energia dal sole Aspetti tecnologici e di mercato
4 Copyright MMXII ARACNE editrice S.r.l. via Raffaele Garofalo, 133/A B Roma (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: novembre 2012
5 A mio Padre A Camilla, Carolina, e a tutti i bambini. Con l auspicio di un futuro più sostenibile
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7 Le nuove idee sono la sostanza del cambiamento e del progresso in ogni campo, dalla scienza all arte dalla politica alla felicità personale. Edward De Bono
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9 Indice 14 Introduzione 16 Ringraziamenti 17 Capitolo I L impiego dell energia solare: uno sguardo al passato 1.1. Dall età greco-romana al 700, L energia solare nell 800 e 900, Il contributo di altri scienziati italiani, Capitolo II Principi sulla captazione della radiazione solare 2.1. Caratteristiche della radiazione solare, La posizione del sole, L irraggiamento sul suolo, Criteri per il posizionamento delle superfici riceventi, Capitolo III Solare termico a bassa temperatura 3.1. Introduzione, I problemi legati alle perdite di calore, Il collettore solare termico, Struttura di un collettore solare, Tipi di collettore, Efficienza di un collettore, Tipologie d impianti, Sistemi a circolazione naturale, Sistemi a circolazione forzata, Applicazioni, Le 11
10 12 Indice tecnologie solari di Solar Cooling, Il mercato delle tecnologie del solare termico, La filiera industriale del solare termico, I costi, Capitolo IV Solare termico ad alta temperatura. Le tecnologie a concentrazione per applicazioni di potenza (CSP) 4.1. Aspetti introduttivi, Il progetto di rete transfrontaliera per la cooperazione energetica, I soggetti e le istituzioni impegnate nella promozione delle tecnologie CSP, Le barriere alla diffusione delle tecnologie CSP, Il principio generale di funzionamento dei sistemi solari termici a concentrazione, Vettori energetici e sistemi di accumulo termico: le soluzioni proposte, Le caratteristiche dei sali fusi, Alcune configurazioni dei sistemi di accumulo termico, Le torri solari, Il principio di funzionamento, Il progetto Phoebus e l impiego dell aria come termovettore, La centrale solare italiana Eurelios, Le centrali solari Solar One e Solar Two, Il progetto Gemasolar, Le centrali PS10 e PS20, I progetti della BrightSource Energy e della E-Solar, Collettori parabolici lineari, Introduzione, Funzionamento e configurazione, Gli impianti realizzati in Spagna: Andasol I e II, Specchi parabolici lineari DSG (direct steam generation), Impianti di potenza ibridi solare-fossile, Il progetto Solgate, Il sistema solare termodinamico sviluppato dall ENEA, Il sistema d incentivi e il potenziale solare termodinamico in Italia, Sistemi a concentratori parabolici indipendenti, Impianti a concentratore lineare di Fresnel, L economia e l industria delle tecnologie CSP, Lo stato dell arte sui costi d investimento e di produzione, I protagonisti della filiera industriale, Il mercato, Capitolo V Altre tecnologie solari 5.1. Il Camino solare termico, La tecnologia, Costi d investimento e di produzione, I laghi solari a gradiente termico (solar ponds), Il sistema di funzionamento, Alcuni dati sui costi, Progetti di laghi solari, 150.
11 Indice Capitolo VI La conversione fotovoltaica 6.1. Introduzione, L effetto fotovoltaico, Celle e moduli fotovoltaici, L energia producibile da un modulo fotovoltaico, L impianto fotovoltaico, Le tecnologie fotovoltaiche, Tecnologia di prima generazione: il silicio cristallino, Il processo produttivo delle celle al silicio, Tecnologie di seconda generazione: film sottile, Tecnologie di terza generazione, Celle multigiunzione, Celle solari organiche, Tipi d impianto fotovoltaici ed applicazioni, Sistemi autonomi ( off-grid ), Sistemi connessi alla rete elettrica ( grid-connected ), Il fotovoltaico integrato sui monumenti, L energia solare dai deserti: il progetto VLS-PV, L economia dl fotovoltaico, Mercato e potenza installata, La filiera industriale e le imprese di settore, Il sistema dei prezzi, Il costo industriale di produzione, L incentivo in conto energia dell elettricità prodotta da fotovoltaico, Bibliografia
12 Introduzione L energia e l approvvigionamento di fonti energetiche hanno avuto un ruolo centrale nello sviluppo della società moderna. La rivoluzione tecnologica dell ultimo secolo non si sarebbe potuta realizzare senza l invenzione e la rapida espansione dei sistemi di produzione e distribuzione di energia. Gli ultimi anni segnano in qualche modo la linea di cambiamento nel modo di concepire l idea di disponibilità e di approvvigionamento energetico. Il fattore principale che ha spinto questo mutamento è associato al vertiginoso aumento del livello dei prezzi dell energia causato dalla prima crisi petrolifera degli anni 70. Quel periodo sancisce nel mondo Occidentale il crollo del mito dell energia abbondante, facilmente disponibile e conveniente, suscitando, invece, l ansia di un imminente esaurimento delle risorse energetiche. Al tempo stesso le inquietudini collegate alle conseguenze ambientali derivanti da un uso sempre più massiccio di idrocarburi hanno dato luogo alla ricerca di soluzioni tecnologiche energetiche eco-compatibili. In questo scenario, complesso e incerto, le fonti energetiche rinnovabili occupano una posizione di primo piano e assumono un ruolo chiave nell attività di rilancio di una moderna economia più equa e più sostenibile. Tra le diverse fonti energetiche rinnovabili disponibili l energia solare nelle sue diverse forme può decisamente contribuire alla crescita dei sistemi industriali, al miglioramento dei processi d innovazione tecnologica e alla copertura di una quota non marginale del bilancio energetico di un Paese. L obiettivo di questo libro mira a fare luce sulle più importanti tecnologie e dispositivi che catturano l energia proveniente dal sole per la produzione di calore ed elettricità e a valutarne gli aspetti di mercato.
13 Introduzione 15 Il libro è strutturato in 6 capitoli. Il I capitolo introduce i più importanti riferimenti storici sull impiego dell energia solare. In particolare vengono presentati i principali protagonisti e le loro macchine inventate per raccogliere la radiazione solare. Il II capitolo è dedicato all analisi dei principi che sono alla base della captazione della radiazione solare. Nel III capitolo vengono illustrate le moderne tecnologie e il mercato del solare termico a bassa temperatura. Nel IV capitolo vengono analizzate le tecnologie solari a concentrazione (Concentrated Solar Power) (CSP) per applicazione di potenza, i principali attori industriali e le centrali realizzate e connesse alla rete elettrica. Il V capitolo include la descrizione di altre tecnologie solari di minore rilevanza come il camino solare e i laghi solari a gradiente termico. Infine il VI capitolo conclude il libro con la descrizione della tecnologia fotovoltaica, delle sue più importanti applicazioni e dello sviluppo del suo mercato.
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