scuola secondaria di primo grado istituto gianelli Tecnologia prof. diego guardavaccaro Energia u.d. 03 produzione energia solare

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Leonardo Galli
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1 scuola secondaria di primo grado istituto gianelli Tecnologia prof. diego guardavaccaro Energia u.d. 03 produzione energia solare

2 13 Energia solare L energia solare è costituita da onde elettromagnetiche che trasportano energia sotto forma di calore e luce. Il sole è per noi una forma d energia discontinua e costituisce la forma di energia primaria per la vita sulla Terra, infatti dal sole derivano tutte le altre fonti di energia. L energia solare rappresenta la possibilità di uno sviluppo sostenibile per l uomo: rispetto ai combustibili tradizionali è importante soffermarsi per effettuare alcune valutazioni di ordine pratico ed economico. Vantaggi offerti dall energia solare: inesauribile, fonte pulita, ampia disponibilità. Utilizzare questo tipo di risorsa significa garantire uno sviluppo sostenibile per l uomo, l abbattimento dell immissione di sostanze inquinanti nell atmosfera è condizione necessaria per garantire l equilibrio e la buona salute della terra e del suo ecosistema. Svantaggi dell energia solare: discontinuità nel tempo, bassa concentrazione che comporta l esigenza di ampi spazi, costi economici sostenuti rispetto a centrali elettriche tradizionali. Cenni storici. Possiamo trovare i primi esperimenti per sfruttare l energia del sole (foto a lato) già a fine Ottocento: a Parigi era stata realizzato un sistema che sfruttando il vapore era in grado di azionare un macchinario per la stampa. I raggi del sole venivano concentrati, attraverso una parabola, su un cilindro contente acqua.

3 14 Energia solare termica - il collettore piano La tecnologia del solare termico consente di trasformare direttamente l'energia associata alla radiazione solare in energia termica. Essa sfrutta i principi basilari della termodinamica ed in particolar modo la trasmissione del calore da un corpo caldo ad uno freddo : il corpo caldo è il Sole che irradia energia nello spazio circostante ed il corpo freddo è il fluido che scorre all interno del pannello. Si ha quindi un sistema che funziona senza l'uso di alcun combustibile. Il collettore piano sfrutta l effetto serra per accumulare il maggior calore possibile all interno del pannello in cui scorrono i tubi in cui scorre un fluido per lo scambio di calore. L effetto serra è ottenuto attraverso una lastra di vetro, materiale la cui struttura consente l ingresso ai raggi uv (radiazione a onda corta) impedendo l uscita dei raggi infrarossi (radiazione a onda lunga): questo consente un forte surriscaldamento all interno del pannello, come quando si entra in estate in un auto chiusa lasciata tutto il giorno sotto il sole. A lato lo schema di funzionamento per la produzione di acqua calda in un impianto domestico.

4 15 Energia solare termica - il cilindro parabolico e campo a specchi Il cilindro parabolico a specchio è un sistema che consente la produzione di calore raggiungendo temperature comprese fra i 100 e 300 C. La curvatura a parabola della superficie consente di concentrare i raggi solari lungo una direttrice longitudinale in cui è posizionata una caldaia tubolare. La centrale solare campo a specchi sfrutta un complesso sistema di specchi che consente di concentrare i raggi solari su un unico in cui è situata una caldaia. Le temperature raggiunte variano fra i 400 e i 1000 C e consentono la produzione di vapore per azionare turbine che tramite alternatori generano energia elettrica.

5 16 Energia solare fotovoltaica L effetto fotovoltaico o fotoelettrico consiste nella conversione della energia proveniente dal sole, sotto forma di radiazione solare, in elettricità. Questo processo è possibile grazie a specifiche proprietà fisiche di alcuni particolari elementi, detti semiconduttori. Alcuni materiali come il silicio possono produrre energia elettrica se irraggiati dall'energia solare. Una caratteristica fisica che ha consentito negli anni '50 di realizzare la prima cella fotovoltaica della storia dell'uomo, una cella in grado di produrre direttamente energia elettrica se esposta ai raggi del sole. Trattasi dunque di energia così detta "pulita" perché viene prodotta senza lo spreco di carburanti fossili o altri combustibili inquinanti sfruttando semplicemente la luce solare. Cenni storici. L'effetto fotovoltaico è noto fin dal 1839, e trova il suo fondamento nella esperienza del fisico francese Edmond Becquerel ( ) che presentò alla Accademia delle Scienze di Parigi la sua "Memoria sugli effetti elettrici prodotti sotto l'influenza dei raggi solari". Quindi allo studio e al perfezionamento dell effetto fotovoltaico lavorarono diversi fisici e scienziati fra cui Einstein. La prima applicazione di celle solari è dovuta agli americani che nel marzo del 1958 alimentarono la trasmittente del satellite artificiale Vanguard 1 che ancora oggi è in orbita attorno alla terra.

6 17 Energia solare fotovoltaica impianto I sistemi fotovoltaici possono essere suddivisi in due categorie principali: quelli connessi alla rete elettrica, gridconnected, e quelli isolati detti stand-alone. Gli impianti grid-connected, la corrente generata viene inviata ad un convertitore (inverter) dal quale ne esce sotto forma di corrente alternata, tale da poter essere poi trasformata in corrente a media tensione dal trasformatore, prima di essere immessa nella linea di distribuzione. Il sistema connesso in rete, non e' provvisto di sistemi di accumulo (batterie) in quanto l'energia prodotta durante le ore di insolazione viene immessa nella rete elettrica; viceversa, durante le ore di insolazione scarsa o nulla il carico locale viene alimentato dalla rete. Gli impianti stand-alone sono in genere dotati di sistemi d accumulo, per cui e' necessario immagazzinare l'energia elettrica per garantire la continuita' dell'erogazione anche nei momenti in cui non viene prodotta. Ciò avviene mediante accumulatori elettrochimici (batterie). Il pannello fotovoltaico è un insieme di più moduli collegati in serie o in parallelo in una struttura rigida. Più celle assemblate e collegate tra loro formano il modulo fotovoltaico e più moduli, montati su una struttura rigida, costituiscono il pannello fotovoltaico. Le stringhe sono ottenute collegando tra loro più pannelli, e unendole ad un sistema di controllo e condizionamento della potenza (inverter), si dà vita ad un impianto fotovoltaico

7 18 Energia solare fotovoltaica le centrali solari più grandi Uno dei più grandi impianti fotovoltaici in funzione al mondo è ubicato a Waldpolenz, Germania. Realizzato sul vecchio aeroporto di Leipzig, nella Germania dell'est, si estende per 110 ettari. La centrale che produce 40 megawatt, alimenta almeno case, consentendo di risparmiare ogni anno almeno tonnellate di carbonio. In costruzione l'impianto fotovoltaico più grande del mondo, 1 miliardo di $ per 550 megawatt. L'impianto ad energia solare produrrà elettricità sufficiente per case coprendo una superficie di circa 25 Km quadrati a San Luis Obispo County nel McClellan Park in California oltre ad un secondo impianto di 220 MW sempre in California. fotovoltaico nell illuminazione pubblica

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