Energia solare

ENERGIA SOLARE

All'interno del Sole, attraverso reazioni nucleari, nuclei di idrogeno si fondono insieme, formando nuclei di elio: in questo processo si ha una leggera perdita di massa, che si trasforma in energia radiante. L'energia prodotta nel nucleo migra verso l'esterno.

La radiazione emessa è di due tipi: elettromagnetica e corpuscolare.

La prima si estende dai raggi X fino alle onde radio; la gamma dello spettro visibile corrisponde al circa il 50% dell'intera energia emessa dal Sole e raggiunge la superficie terrestre in 8 minuti e mezzo illuminandola e riscaldandola. Le radiazioni ultraviolette, invece, non raggiungono, se non in minima quantità, la superficie terrestre. Infatti, l'ultravioletto viene assorbito dall'atmosfera.

La radiazione corpuscolare, costituita da ioni (per lo più di Idrogeno) e da elettroni, dà luogo al 'vento solare'. Infatti le particelle della zona più esterna del Sole possiedono sufficiente energia cinetica per sfuggire all'attrazione gravitazionale della stella e disperdersi per tutto il sistema solare.

Il vento solare che raggiunge il nostro pianeta è assai rarefatto, ma interagisce con lo strato esterno dell'atmosfera provocando disturbi delle trasmissioni radio a grande distanza e dando origine alle aurore polari.

L'energia prodotta dall'attività solare è stimata in 5,2x10²⁴ chilocalorie al minuto.

Si tratta di un'enorme quantità di energia, ma la Terra, a causa della notevole distanza che la separa dal Sole, ne riceve una frazione estremamente piccola. Al limite superiore dell'atmosfera, su ogni cm² di superficie ideale perpendicolare alla direzione della radiazione giungono mediamente 2 calorie al minuto, con piccole variazioni provocate dall'andamento del fenomeno delle macchie solari e dalla variazione della distanza Terra-Sole. Questa quantità, detta costante solare, ha una propria unità di misura: il langley, che corrisponde a 1 cal/cm².

Di questa energia, solo una parte raggiunge la superficie della Terra:i gas dell'atmosfera e le nubi ne assorbono il 18%, il 31% è eliminato con la rifrazione atmosferica di pulviscolo e vapore acqueo, mentre il 51% riesce ad arrivare fino alla superficie del pianeta. Quest'ultima è la radiazione globale, che in parte raggiunge il suolo sotto forma di raggi solari diretti (radiazione diretta), in parte come luce diffusa dall' aria, dalle nubi e dal pulviscolo (radiazione diffusa). Anche la superficie terrestre a sua volta riflette una piccola parte, circa il 4%, della radiazione solare. In conclusione, la radiazione effettiva, cioè l'energia che viene realmente assorbita dal pianeta, ammonta al 47% della radiazione solare originaria.

Per misurare le ore di insolazione diretta, cioè durante le quali il disco solare non è coperto da nubi, già dalla metà del 1800 si usava un apparecchio chiamato eliofanografo.                             I raggi solari, attraverso la sfera di cristallo pieno, bruciano una striscia di carta sensibile posta su una guida sottostante, orientabile in rapporto alla latitudine.

Riportata qui sotto c'è una mappa della radiazione solare che arriva sulla superficie terrestre. I numeri indicano quanta energia arriva, mediamente, su un metro quadrato di terreno orizzontale. In Italia arrivano circa 1400 Kilowattora per metro quadro all'anno, con punte fino a 1700 nelle zone costiere del Sud. Ciò significa che in media (tra giorno e notte, inverno ed estate, nuvole e bel tempo), su un metro quadrato, arrivano 160 Watt ogni ora. Questa energia luminosa può essere convertita in energia elettrica con i pannelli fotovoltaici con un'efficienza intorno al 10% ed in calore con gli impianti solari termici con un'efficienza tra il 30 ed il 60%.

L'energia solare è la fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque e in quantità che sono, almeno in teoria, largamente superiori ai fabbisogni energetici. La sua utilizzazione, tuttavia, pone problemi tecnici ed economici complessi, legati alla bassa densità energetica della radiazione solare, alla sua discontinuità (dovuta all'alternanza tra ore diurne e notturne, ma anche al ciclo delle stagioni), alla sua aleatorietà (determinata dalle mutevoli condizioni meteorologiche) e, infine, al valore modesto dei rendimenti di conversione. L'insieme di questi fattori determina un divario notevole tra le capacità potenziali di sfruttamento dell'energia solare e le possibilità pratiche di impiego.