Tecnologie

La tecnologia del solare termico viene utilizzata per produrre calore mediante lo sfruttamento della radiazione solare, ossia indica un sistema in grado di trasformare l’energia irradiata dal sole in energia termica, che può essere utilizzata negli usi quotidiani, quali ad esempio il riscaldamento dell’acqua per i servizi o il riscaldamento degli ambienti. Nel caso si utilizzi il calore del Sole per produrre corrente tramite l’evaporazione di fluidi vettori che alimentano turbine collegate ad alternatori si parla di solare termodinamico. L’applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare, a 45÷60 °C, tra i 50 ed i 300 litri d’acqua al giorno in base alle condizioni climatiche e alla tipologia di collettore. Esistono due tipi di impianti:

  • a circolazione naturale: in questo tipo il fluido è l’acqua stessa che riscaldandosi sale per convezione in un serbatoio di accumulo (boiler), che deve essere posto più in alto del pannello, dal quale viene distribuito alle utenze domestiche; il circuito è aperto, in quanto l’acqua che viene consumata viene sostituita dall’afflusso esterno.
  • a circolazione forzata: un circuito composto dal pannello, una serpentina posta all’interno del boiler ed i tubi di raccordo. Una pompa, detta circolatore, permette la cessione del calore raccolto dal fluido, in questo caso glicole propilenico, simile al glicole etilenico (il liquido usato per i radiatori dele automobili), alla serpentina posta all’interno del boiler. Il circuito è notevolmente più complesso, dovendo prevedere un vaso di espansione, un controllo di temperatura ed altri componenti, ed ha un consumo elettrico dovuto alla pompa e alla centralina di controllo, ma ha una efficienza termica ben più elevata, visto che il boiler è posto all’interno e quindi meno soggetto a dispersione termica durante la notte o le condiziioni climatiche avverse.

La teoria fisica che spiega l’effetto fotoelettrico, del quale l’effetto fotovoltaico ne rappresenta una sottocategoria, fu pubblicata nel 1905 da Albert Einstein che per questo ricevette il premio Nobel. L’impianto fotovoltaico è un apparato in grado di produrre energia elettrica trasformando in maniera diretta, silenziosa e senza alcun organo meccanico in movimento l’energia solare. Mediante l’uso di pannelli fotovoltaici, il cui elemento principale è costituito dal celle di silicio, è possibile catturare e trasformare l’energia solare incidente sulla superficie terrestre; i moduli fotovoltaici rappresentano, infatti, la parte attiva del sistema perché convertono la radiazione solare in energia elettrica . Il generatore fotovoltaico è costituito da più moduli e può essere installato su strutture di sostegno fisse o ad inseguimento (mobili). L’inverter trasforma la corrente continua prodotta dal generatore fotovoltaico in corrente alternata, dei contatori infine misurano la corrente immessa in rete. Un impianto fotovoltaico necessita semplicemente di un luogo di installazione in cui è fondamentale soprattutto che la superficie non sia ombreggiata; i moduli solari devono essere orientati il più possibile verso sud e presentare un angolo di inclinazione tra i 15° ed i 30°. La superficie occupata da un impianto fotovoltaico è in genere poco maggiore rispetto a quella occupata dai soli moduli fotovoltaici, che richiedono, con le odierne tecnologie, circa 8 m² / kWp ai quali vanno aggiunte eventuali superfici occupate dai coni d’ombra prodotte dai moduli stessi, quando disposti in modo non complanare. Da osservare che ogni tipologia di cella ha un tipico “consumo” in termini di superficie, con le tecnologie a silicio amorfo oltre i 20 m² / kWp. Negli impianti su terreno o tetto piano, è prassi comune distribuire geometricamente il campo su più file, opportunamente sollevate singolarmente verso il sole, in modo da massimizzare l’irraggiamento captato dai moduli. Queste file vengono stabilite per esigenze geometriche del sito di installazione e possono o meno corrispondere alle stringhe, ovvero serie, elettriche stabilite invece per esigenze elettriche del sistema.

Il vento, è stata la prima e la più antica sorgente d’energia meccanica d’origine naturale, sperimentata dall’uomo antico, nonchè tra tutte le energie rinnovabili per il rapporto costo/produzione, è stata anche la prima fonte energetica rinnovabile usata dall’uomo moderno. L’energia eolica è il prodotto della conversione dell’energia cinetica del vento in altre forme di energia. Essa è rinnovabile in quanto la sua fonte (il vento) è inesauribile e ha un impatto ambientale molto limitato rispetto ai combustibili fossili. Il suo sfruttamento, relativamente semplice e poco costoso, è attuato tramite macchine eoliche costituite da un sistema eolico (rotore, generatore elettrico) ed apparecchiature ausiliare di interfaccia con l’utenza, la macchina viene installata su un palo di sostegno e distinta in due gruppi in funzione del tipo di modulo base adoperato:

  • Generatori eolici ad asse verticale
  • Generatori eolici ad asse orizzontale

Gli aerogeneratori tradizionali hanno, quasi senza eccezioni, l’asse di rotazione orizzontale. Un generatore sia ad asse verticale che orizzontale richiede una velocità minima del vento (cut-in) di 3-5 m/s ed eroga la potenza di progetto ad una velocità del vento di 12-14 m/s. Ad elevate velocità (20-25 m/s, velocità di cut-off) l’aerogeneratore viene bloccato dal sistema frenante per ragioni di sicurezza. La notevole versatilità del sistema consente un impiego potenziale diffusivo sul territorio, producendo energia elettrica nelle immediate adiacenze dei luoghi di utilizzo, riducendo il costo del trasporto e migliorando le condizioni di approvvigionamento locale (illuminazione di zone costiere e montane, porti e ponti, viadotti, alimentazione ausiliarie ed utenze isolate, stazioni di pompaggio). In alcuni paesi come la Danimarca la corrente prodotta con questo sistema ha raggiunto lo straordinario obiettivo del 23% del fabbisogno nazionale, altri stati all’avanguardia sono la Spagna 9% e la Germania 7%.

Con cogenerazione si indica la generazione simultanea di energia termica ed elettrica e/o meccanica partendo da un’unica fonte (fossile o rinnovabile) attuata in un unico sistema integrato. Gli impianti di cogenerazione sono formati da un motore primario, un generatore, un sistema che consente il recupero termico e delle interconnessioni elettriche. Il motore primario ha la funzione di convertire il combustibile in energia meccanica, il generatore converte quest’ultima in energia elettrica, ed il sistema di recupero termico raccoglie e converte l’energia negli scarichi del motore primario in energia termica utilizzabile per il riscaldamento. Un esempio che è sotto gli occhi di tutti noi giornalmente è dato dal funzionamento di un’automobile, la potenza prelevata dall’albero motore è usata per la trazione e la produzione di elettricità, il calore sottratto ai cilindri per il riscaldamento dell’abitacolo e la pressione dei gas di scarico per muovere la turbina di sovralimentazione. Lo sfruttamento di calore e pressione non comporta un aumento dei consumi poiché sono “scarti” del processo di conversione da energia chimica ad energia meccanica attuato dal motore.
La cogenerazione dunque offre vantaggi enormi dal lato economico consentendo di ottenere un risparmio che può andare dal 25 al 50%. Un particolare campo dei sistemi di cogenerazione è quello della trigenerazione, ossia la generazione del “freddo” tramite sistemi frigoriferi ad assorbimento. La micro-cogenerazione, invece, è la cogenerazione su piccola scala; essa si applica per potenze inferiori ad 1 Mw, in particolare risulta ideale per condomini, alberghi, cliniche, centri sportivi, supermercati, laboratori artigianali e piccola industria.

La geotermia è una delle discipline geologiche che studia l’insieme dei fenomeni naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento di calore che dal nucleo terrestre si dirige verso la superficie. Ad una certa profondità il terreno mantiene una temperatura quasi costante per tutto l’anno, dai -20 metri ai -100 metri risulta essere circa 14°C indipendentemente dalle escursioni termiche giornaliere e stagionali, e per questo è possibile estrarre calore d’inverno per riscaldare gli ambienti e cedere calore durante l’estate per raffrescarli. Per utilizzare questa riserva di calore accumulata dalla terra, si utilizza la pompa di calore geotermica, una macchina termodinamica che opera tra due sorgenti: quella fredda, il sottosuolo, dalla quale il calore viene prelevato a bassa temperatura e quella calda, l’abitazione da scaldare, verso la quale il calore viene ceduto a temperatura più alta. Invertendo il ciclo si ha il raffrescamento d’estate, la pompa di calore geotermica assorbe calore dall’abitazione e lo trasferisce al terreno. Fino al 31 dicembre del 2010 detrazione fiscale del 55% per la sostituzione di impianti di climatizzazione invernale con pompe di calore ad alta efficienza e con impianti geotermici a bassa entalpia.

Si definisce biomassa qualsiasi sostanza di matrice organica, vegetale o animale, non fossile, che può essere usata come combustibile per la produzione di energia: Biocarburanti, Biocombustibili, Biogas, Biomassa secca e legna ecologica.
Sono quindi biomasse, oltre alle essenze coltivate espressamente per scopi energetici, tutti i prodotti delle coltivazioni agricole e della forestazione, compresi i residui delle lavorazioni agricole e della silvicoltura, gli scarti dei prodotti agro-alimentari destinati all’alimentazione umana o alla zootecnia, i residui, non trattati chimicamente, dell’industria della lavorazione del legno e della carta, tutti i prodotti organici derivanti dall’attività biologica degli animali e dell’uomo, come quelli contenuti nei rifiuti urbani (la “frazione organica” dei Rifiuti).

Le tre principali filiere che lo rappresentano sono:

  • Filiera del legno
  • Filiera dell’agricoltura
  • Filiera degli scarti e dei rifiuti

Alcune fonti come la legna non necessitano di subire trattamenti; altre come gli scarti vegetali o i rifiuti urbani devono essere processate in un digestore.

L’energia idroelettrica è quel tipo di energia che sfrutta la trasformazione dell’energia potenziale posseduta da masse d’acqua in energia cinetica, trasformata poi a sua volta, grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina, in energia elettrica; vi sono impianti che utilizzano una caduta d’acqua attraverso un dislivello e quelli che sfruttano la velocità delle correnti. L’utilizzo dell’energia idraulica è cresciuta molto negli ultimi anni per diversi fattori: l’elevata energia specifica, la sua diffusione nel territorio, la comprovata tecnologia presente in tale settore. In particolare l’ impiego della energia idraulica in piccola scala presenta molti vantaggi di natura sia tecnica, facilità di costruzione e basso impatto ambientale, che economica, costo di costruzione e manutenzione contenuto. Con il termine mini-idro si individuano centrali elettriche, che sfruttano l’energia idroelettrica, e sono caratterizzate dal fatto di avere una potenza installata ridotta. Non esiste un limite mondiale accettato per cui una centrale idroelettrica viene definita mini-idro. Secondo l’ESHA (European Small Hydropower Association) tale limite è considerato pari a 10MW di potenza installata. Il mini-idro può utilizzare corsi d’acqua di modeste dimensioni e può essere gestito anche da piccole comunità o semplici nuclei familiari. La produzione idroelettrica copre attualmente il 19% della produzione mondiale di elettricità.