Parliamo un po’ di impianti a concentrazione solare?

Il più grande impianto a concentrazione solare del mondo nel deserto del mojave

Gli impianti a concentrazione solare sono una tecnologia per lo sfruttamento dell’energia del sole molto diversa dai comuni impianti fotovoltaici. L’energia termica, non viene usata per innescare l’effetto fotovoltaico per la produzione di energia elettrica, ma viene usata per irraggiare un determinato fluido termovettore. L’effetto fotovoltaico è il fenomeno fisico in cui, in un semiconduttore opportunamente costruito, si riesce a generare movimento di elettroni e quindi una corrente elettrica, grazie all’assorbimento di un fotone. Questi impianti sono formati da veri e propri specchi che riflettono i raggi solari concentrandoli in un punto per scaldare dell’acqua o dei sali. Oltre che per questo, si differenziano fra di loro per la forma degli specchi utilizzati e per il punto in cui concentrano i raggi solari. Andiamo ora a vederne le 4 diverse tipologie.

IMPIANTI A COLLETTORI PARABOLICI LINEARI

Sono formati da pannelli di specchi a forma di parabola (di forma paraboloide) che possono essere orientati su un solo asse. Questi specchi concentrano l’irraggiamento sul punto focale della parabola, dove è posto un impianto di trasferimento all’interno del quale “scorre” il fluido termovettore. Questo, negli impianti di prima generazione (primo decennio degli anni 2000) era un fluido di olii che potevano raggiungere temperature di 400 gradi prima di incorrere in disturbi di evaporazione. Nelle centrali di seconda generazione si è passati all’utilizzo di sali che oltre ad alzare le temperature fino anche a 550 gradi permettono uno stoccaggio degli stessi a queste temperature, facendo funzionare la centrale elettrica anche in assensa di sole. Negli impianti di più recente costruzione si usa miscela costituita da nitrati di sodio e di potassio (sali fusi), non inquinante, economica e disponibile in grandi quantità.

Il fluido termovettore una volta scaldato, viene trasportato all’interno di serbatoi termoisolanti ( nelle centrali di seconda generazione) dove i sali sono prelevati per scaldare altri serbatoi d’acqua, il cui vapor acqueo fa funzionare delle turbine che producono elettricità.

IMPIANTI A RIFLETTORE FRESNEL

Gli specchi riflettori sono costituiti da palette rettangolari poste orizzontalmente e una parallela all’altra. Il fluido termovettore scorre in tubi posti sopra ogni paletta. Una volta scaldato il fluido viene inserito in un ciclo esattamente identico a quello degli impianti a collettore parabolici lineari. Da questi si differenziano per una maggiore superficie riflettente a parità di area occupata e per essere più economici da costruire. Il deficit da pagare è una minore efficienza ottica.

IMPIANTO A TORRE DI ENERGIA SOLARE

Questi sono sicuramente gli impianti che compongono le strutture più spettacolari in quanto gli specchi riflettori sono posti circolarmente intorno ad una torre su cui vengono concentrati i raggi solari rifratti dagli specchi. All’interno della struttura centrale sono posti tutti gli impianti per la produzione

di energia elettrica. Questi impianti possono raggiungere temperature elevatissime nel punto in cui viene “raccolta” la radiazione solare. Possono arrivare anche a 2000 gradi centigradi.

IMPIANTO A RIFLETTORE PARABOLICO CIRCOLARE

In questo tipo di impianto gli specchi riflettori sono circolari e la radiazione solare viene concentrata sul punto centrale della forma circolare, dove è posto il lato caldo di un motore Stirling. Esso produce lavoro meccanico una volta che si è instaurata una differenza di temperatura fra il lato caldo e quello freddo del motore stesso.

Schema di funzionamento dei vari impianti a concentrazione solare

La tecnologia a concentrazione solare, nonostante sia una delle più innovative e moderne per lo sfruttamento dell’energia solare è anche stata la prima ad essere usata, anche se non per produrre energia elettrica. Una serie di specchi piani manovrati ognuno da una singola persona vennero usati dai siracusani nel 212 a.c. durante l’assedio della città da parte dei romani. Concentrando tutti un raggio riflettente nello stesso punto ottennero infatti lo stesso risultato che utilizzando uno specchio parabolico riflettente sul suo fuoco. In questo modo riuscirono ad incendiare le nacvi romane che dovettero abbandonare la battaglia.

In Italia, la tecnologia di impianti a concentrazione solare è sbarcata col progetto Archimede, una centrale a Priolo Gargallo (SR), che è anche la prima al mondo ad utilizzare la tecnologia a sali fusi che come riportato sopra prevede particolari vantaggi rispetto a quella a olii termovettori.

Il parco solare a Siracusa è composto da 30’000 metri quadrati di specchi e 5400 metri di tubazioni in cui scorre il fluido, ed ha una capacità all’incirca di 5MW. Altre centrali si trovano in Basilicata, dove raggiungono potenze anche di 50 MW.

Nel 2008 il fisico italiano e premio nobel per la fisica Carlo Rubbia ha stimato che un quadrato di 40000 chilometri quadrati (200 chilometri per lato) di specchi riflettori, basterebbe per rimpiazzare tutta l’energia prodotta oggi nel monda dal petrolio.

Negli stati uniti questo tipo di impianti vengono costruiti in grandi centrali fin dagli anni 80. Nel 2007 è entrato in servizio l’impianto Nevada Solar One, con una potenza di 64 MW, e nel 2014 hanno aperto l’Ivanpah Solar Power Facility con una potenza di 392 MWe e Genesis Solar Energy Project con una potenza di 250 MWe.

La centrale Andasol 3 in Spagna

In Europa la Spagna è all’avanguardia in questo settore e fra il 2006 e il 2011 ha aperto oltre 30 centrali a concentrazione solare. Alcune ad accumolo termico come la Andasol 1, Andasol 2 e la Andasol 3. Altre con impianto a torre, come la Planta Solar 20 costruita vicino a Siviglia con una capacità di 20 MW.

Gli impianti a concentrazione solare, nonostante sfruttino un principio tecnologico molto semplice, che già riuscivano ad usare più di 2000 anni fa, sono estremamente all’avanguardia e più convenienti degli impianti fotovoltaici. Occupano infatti meno spazio a parità di energia elettrica prodotta e soprattutto, grazie all’immagazzinamento del calore permettono una produzione costante anche durante periodi di non irraggiamento o addirittura durante la notte.