ENERGIA DAL SOLE

L'energia solare è la fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque in modo gratuito; la sua utilizzazione, tuttavia presenta problemi tecnici ed economici che rendono notevole il divario tra le capacità potenziali e la possibilità pratiche d'impiego.

Un primo problema è rappresentato dalla bassa densità energetica dell'energia solare è dato dalla sua discontinuità, dovuta non solo dall'alternanza del giorno e della notte e al ciclo delle stagioni ma soprattutto alla variazione delle condizioni meteorologiche.

Nel campo della sperimentazione delle tecnologie per la produzione di energia elettrica da energia solare vengono svolti programmi di ricerca e di dimostrazione essenzialmente nel settore fotovoltaico, che è caratterizzato dal maggiore contenuto di innovazione e con maggiori potenzialità di progresso tecnologico.

MACCHINE EOLICHE

Fin dai tempi dei greci si riusciva a sfruttare Eolo tramite il motore eolico, che catturava la forza del vento, e la trasmetteva attraverso un albero per far funzionare una pompa o un mulino. Ma bisogna aspettare fino ai primi anni del nostro secolo perché nascano gli aereogeneratori (macchine eoliche capaci di azionare capace di azionare un generatore d'energia elettrica). Questi si svilupparono solo negli anni 70, quando il petrolio e gli altri combustibili fossili, che avevano avuto successo durante la seconda guerra mondiale grazie all'elevato rendimento e al basso costo, cominciarono a dar meno. Quindi le vecchie tecnologie del vento tornano in primo piano e furono in breve sviluppate. Le nuove macchine eoliche non sono diverse da quelle del passato: l'energia cinetica del vento è catturata da pale che, ruotando, mettono in moto un albero il quale a sua volta aziona un generatore d'energia elettrica (ma ci sono anche nuove aeropompe). La novità è soprattutto nel rendimento elevato.

C'è però un problema: il vento è una fonte d'energia discontinua. Le macchine più efficienti sono quelle più flessibili, non vincolate ad una particolare velocità di rotazione, macchine cioè che producono energia in corrente continua o in corrente alternata a frequenza variabile, utilizzata in genere per alimentare piccole utenze isolate.

Per alimentare la rete elettrica nazionale l'energia prodotta da fonti eoliche deve essere in corrente alternata alla frequenza di 50 Hertz. In linea di principio gli aerogeneratori devono ruotare a velocità costante anche quando il vento cambia forza e/o direzione. Tra tutte le fonti rinnovabili d'energia, quella delle macchine eoliche è considerata la più matura ed affidabile. Per costruire questi sistemi, per le pale si utilizzano nuovi materiali specifici, tutti gli altri componenti si sono da qualche tempo affermati in altri settori. Resta chiaro che queste macchine possono svilupparsi ancora molto.

LA STORIA DELLE MACCHINE EOLICHE

Fin dall'antichità l'energia eolica è stata sfruttata ampiamente: barche a vela, ventilazione dei cereali, essiccamento dei prodotti agricoli, pesca ecc. L'uso della vela per lo spostamento d'imbarcazioni, apparve in raffigurazioni egiziane del 2.500 a.C., e costituisce il primo esempio d'utilizzazione d'energia matura come forza motrice.

I mulini a vento comparvero per la prima volta in Mesopotamia, Cina, Egitto. E' tramandato che il re di Babilonia, Hammurabi, progettò nel XVII secolo a.C., di irrigare la pianura Mesopotamia per mezzo di mulini a vento. Solo con il regno del califfo Omar I nel 630 d.C. si ha la certezza che il mulino a vento fosse una macchina d'uso corrente. In Europa questi apparvero solo nel Medioevo, con le crociate. Erano di concezione del tutto diversa, con ruota e asse orizzontale e di dimensioni maggiori, tecnologicamente più complessi e di maggior rendimento. I mulini furono utilizzati nel corso dei secoli per i più svariati usi (spremitura delle olive, macinazione dei cereali, pompaggio dell'acqua, azionamento di segherie, ecc.). In Olanda i mulini furono impiegati dal 1350 per il drenaggio delle paludi, e a metà del 1800 se ne contavano ancora 9000 in funzione.

Nel secolo scorso si diffusero aereopompe con giranti multiple di piccolo diametro, utilizzato soprattutto nelle fattorie di territori di nuova colonizzazione. I primi generatori di energia elettrica azionati dal vento risalgono al 1900-1914 con potenza compresa tra i 3 e i 30 KW.

Tra le due guerre mondiali si arrivò a generatori da 40-48 KW. In Danimarca si soddisfò gran parte del fabbisogno nazionale con generatori di media potenza applicato a fattorie e villaggi.

Con il secondo dopoguerra, i combustibili fossili producevano energia a costi bassissimi e quindi le vie di Eolo furono abbandonate. Con una futura crisi energetica, abbiamo ripreso di mira l'energia eolica e si stanno ancora sviluppando nuove macchine per la produzione di energia elettrica da una fonte eolica.

COME INTERROGARE EOLO

Come si fa a misurare il "potenziare eolico" di un'area e verificare se il regime dei venti è effettivamente quello giusto per costruire una centrale eolica? Occorre un'analisi in due tempi. Nella prima, detta "prequalificazione", bisogna esaminare grandi aree e sulla base di dati già disponibili (ad esempio un aeroporto) e scegliere quelle più favorevoli. Nella seconda fase, di "qualificazione", ogni sito candidato è sottoposto ad una verifica specifica, attraverso la rivelazioni di dati sul regime dei venti, e una complessa valutazione ambientale che tenga conto delle caratteristiche del territorio e degli aerogeneratori disponibili.

ENERGIA SOLARE

La vita sulla terra dipende dall'energia del Sole, che è anche responsabile del clima, dei venti e del tempo atmosferico. Ogni giorno l'energia solare arriva negli strati superiori dell'atmosfera terrestre al tasso medio di 1,94 calorie per centimetro quadrato al minuto, con un totale di circa 1,3 * 10 alla 24 calorie all'anno. Questa quantità è detta costante solare e, sebbene sia solo una piccolissima frazione dell'energia totale irradiata dal Sole, è una quantità di energia veramente enorme. A causa della presenza dell'atmosfera , però, solo una parte di questa energia raggiunge la superficie della terra e diventa disponibile per gli organismi viventi.

Dell'energia solare diretta verso la terra circa il 30% viene riflesso indietro nello spazio dalle nubi e dal pulviscolo atmosferico che si trovano molto vicini alla superficie della terra, nella troposfera. A causa di questa riflessione, la terra, se osservata dallo spazio, è un pianeta luminoso più brillante di Venere. Un altro 20% di energia viene assorbito dall'atmosfera.

Il rimanente 50% dell'energia solare raggiunge la superficie terrestre. Una piccola parte di questa energia viene riflessa dalle superfici chiare, ma la maggior parte è assorbita. L'energia assorbita dagli oceani scalda la superficie delle acque facendo evaporare le molecole e mettendo in moto il ciclo dell'acqua, mentre l'energia solare assorbita dal terreno viene nuovamente irradiata dalla superficie sotto forma di raggi infrarossi, cioè di calore.

ENERGIA SOLARE

L'Energia solare è l'energia raggiante prodotta nel Sole per effetto di reazioni nucleari e trasmessa alla Terra sotto forma di radiazione elettromagnetica. L'intensità della radiazione solare, cioè la quantità di energia che il Sole irraggia ogni secondo su 1 cm² di superficie terrestre, è detta costante solare. Trasformazione naturale dell'energia solare

L'energia solare, accumulata nell'atmosfera terrestre, negli oceani e negli organismi vegetali è fondamentale per la maggior parte dei processi vitali e dei fenomeni fisici che hanno luogo sulla Terra: è ad esempio indispensabile nel processo di fotosintesi che consente lo sviluppo della vita vegetale; è importante per il ciclo idrologico cui sono associate le precipitazioni; è responsabile dei venti, tuttora utilizzati come risorsa locale di elettricità.

Per sottolineare il valore di questa fonte di energia, basti pensare che senza di essa non si sarebbe verificata la formazione di combustibili fossili come carbone, petrolio, gas naturale, né sarebbe possibile lo sfruttamento del legno. L'energia solare accumulata negli oceani dà luogo a gradienti verticali di temperatura che, inquadrati nell'ambito di un ciclo termodinamico, potrebbero forse essere sfruttati per produrre energia meccanica trasformabile in elettricità; questa possibilità, finora puramente teorica, richiederebbe l'impiego di dispositivi di dimensioni colossali.

Raccolta diretta di energia solare

Per sfruttare la radiazione solare si ricorre a impianti a pannelli solari o collettori solari. L'energia così ottenuta può essere usata sotto forma di calore per riscaldare un gas o un fluido, oppure può essere convertita direttamente in elettricità sfruttando le proprietà fisiche di particolari materiali.

Raffreddamento solare

L'energia solare può essere utilizzata anche nei processi di raffreddamento, poiché un normale ciclo di refrigerazione richiede l'impiego di una fonte di calore. Dato che per un funzionamento efficiente dei dispositivi di assorbimento occorrono temperature superiori ai 150 °C, per questo tipo di applicazione è indispensabile l'uso di collettori a concentrazione.

Le celle solari, realizzate con sottili lamelle di silicio cristallino o altri materiali semiconduttori, convertono la radiazione solare direttamente in elettricità con rendimento superiore al 30%. Gli impieghi attuali delle celle solari sono limitati a dispositivi di bassa potenza che non possono essere riforniti di energia, come gli strumenti a bordo di sonde spaziali.

La natura intermittente della radiazione solare come fonte energetica rende indispensabile l'uso di dispositivi di accumulazione dell'energia prodotta in esubero durante le ore o i periodi favorevoli, in modo che essa possa essere resa disponibile, ad esempio, durante la notte. Oltre alla semplice acqua, si possono impiegare apparecchi più compatti che si basano sulle proprietà di cambiamento di fase di particolari miscele saline. Anche le batterie possono essere usate per serbare l'energia elettrica in eccesso prodotta dal vento.