L'energia solare: una breve guida
Perché l'energia solare è così importante
Numerosi sono gli sforzi per ridurre il surriscaldamento globale, la carbon footprint e rallentare il cambiamento climatico, problematiche strettamente relazionate all’emissione di CO2 nell’atmosfera.
Nel rispetto degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile che si dovrebbero raggiungere entro il 2030, molti paesi nel mondo stanno cominciando ad adottare fonti di energia rinnovabile.
Tra le energie rinnovabili più utilizzate in Italia rientra l’energia solare, che è anche la principale fonte di energia sul nostro pianeta.
In questo articolo vedremo insieme cos’è l’energia solare, quali sono le sue caratteristiche e come funzionano i processi per trasformare la principale fonte di energia sulla terra, in energia elettrica. Elencheremo i suoi vantaggi e svantaggi e approfondiremo l’importanza di questa fonte sulla nostra Penisola!
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Che cos’è l’energia solare?
La prima cosa che dobbiamo sapere è che cos'è l'energia solare.
L'energia solare è l'energia che proviene dalla luce del sole, una fonte inesauribile e naturale. Si tratta di una forma di energia rinnovabile e sostenibile, poiché il sole emette continuamente radiazioni solari, fornendo una risorsa energetica che non si esaurisce mai. Quando la luce solare raggiunge la superficie terrestre, può essere catturata e trasformata in altre forme di energia utilizzabili, come elettricità o calore, tramite diverse tecnologie e dispositivi solari.
Le tecnologie principali per la conversione dell'energia solare includono i pannelli solari fotovoltaici e i collettori solari termici.
I pannelli solari fotovoltaici convertono direttamente la luce solare in energia elettrica attraverso il processo fotovoltaico. Questi pannelli sono costituiti da celle solari che generano elettricità quando vengono colpite dai fotoni della luce solare. Questa energia elettrica può essere utilizzata immediatamente, immagazzinata in batterie per un uso successivo, o immessa nella rete elettrica.
I collettori solari termici, invece, sfruttano il calore del sole per riscaldare fluidi o materiali. Questi dispositivi possono essere utilizzati per il riscaldamento domestico dell'acqua, per il riscaldamento degli ambienti, o anche in applicazioni industriali dove è necessario il calore. Il calore raccolto dai collettori solari può essere immagazzinato per essere utilizzato quando il sole non splende, come durante la notte o nei giorni nuvolosi.
L'energia solare rappresenta una delle fonti energetiche più pulite e sostenibili disponibili oggi. Contribuisce significativamente alla riduzione delle emissioni di gas serra, aiutando a combattere il cambiamento climatico e a ridurre l'impatto ambientale complessivo associato alla produzione di energia. A differenza dei combustibili fossili, che emettono grandi quantità di CO2 e altri inquinanti nocivi, l'energia solare non produce emissioni durante il suo utilizzo, rendendola una scelta ecologica.
Inoltre, l'energia solare ha il potenziale per fornire energia a regioni remote o isolate, dove l'accesso alle reti elettriche tradizionali è limitato o inesistente. I sistemi solari decentralizzati possono portare elettricità e calore a comunità che altrimenti non avrebbero accesso a queste risorse, migliorando la qualità della vita e stimolando lo sviluppo economico.
Sfrutta anche tu l'energia solareQual è l'unità di misura dell'energia solare?
L'energia solare può essere misurata in diverse unità di misura a seconda del contesto e del tipo di energia solare considerata. Le unità di misura comuni per l'energia solare includono:
- Watt (W): Il watt è l'unità di misura della potenza, che rappresenta la quantità di energia trasferita o utilizzata in un determinato intervallo di tempo. Nell'ambito dell'energia solare, i pannelli solari fotovoltaici sono valutati in termini di potenza in watt, che indicano la quantità di energia elettrica che possono generare in condizioni specifiche di irraggiamento solare.
- Kilowatt (kW): Il kilowatt è una misura di potenza equivalente a mille watt. È comunemente utilizzato per esprimere la potenza dei sistemi fotovoltaici su scala più ampia, come quelli installati su tetti o terreni. Ad esempio, un impianto fotovoltaico domestico tipico può avere una potenza installata di alcuni kilowatt.
- Kilowattora (kWh): Il kilowattora è un'unità di misura dell'energia elettrica che rappresenta la quantità di energia consumata o prodotta in un'ora da un dispositivo o da un sistema con una potenza di un kilowatt. È spesso utilizzato per misurare la produzione o il consumo di energia elettrica da parte degli impianti fotovoltaici nel corso del tempo. Ad esempio, se un impianto fotovoltaico genera 5 kWh di energia solare al giorno, significa che ha prodotto 5 kilowattora di energia in un giorno.
Come funziona l’energia solare?
Per capire le funzionalità di questo tipo di energia è necessario capire come viene utilizzata l'energia solare e tutte le sue potenzialità.
Il sole è una fonte di energia inesauribile e la quantità di energia radiante che arriva sulla Terra per unità di tempo e superficie è di 1,4kW/m2, un dato che sottolinea il fatto che l’energia solare che arriva sulla Terra potrebbe soddisfare l’intero fabbisogno energetico mondiale.
Per quanto riguarda il suo utilizzo, dall'energia solare è possibile ricavare elettricità e calore. I metodi principali trasformare questa principale fonte di energia sono i seguenti:
- Solare fotovoltaico: i componenti principali di un impianto fotovoltaico sono i pannelli solari, composti da una serie di celle fotovoltaiche in grado di trasformare la radiazione solare in energia elettrica sfruttando la presenza del silicio, un materiale semiconduttore. Materiali di questo genere, una volta colpiti dalla luce solare, hanno la capacità di generare un flusso di corrente elettrica grazie al movimento degli elettroni.
- Solare termico: l'energia solare può essere utilizzata anche per riscaldare gli ambienti (sia in contesti residenziali che aziendali) o l'acqua sanitaria. Il collettore è il principale dispositivo di un impianto solare termico. Il suo scopo principale è quello di riscaldare il fluido termovettore, un liquido che poi si muove all'interno dell'impianto generando calore nelle zone desiderate.
- Solare termodinamico: questa tipologia di impianto integra all'impianto solare una pompa di calore. Ciò che lo differenzia dagli altri sistemi che sfruttano l'energia solare è il fatto che un impianto solare termodinamico funziona tutto l'anno e durante l'arco di un'intera giornata grazie alla presenza della pompa di calore che interviene nel momento in cui l'energia solare non è più disponibile.
Negli ultimi anni, i progressi tecnologici in ambito fotovoltaico e termico hanno raggiunto livelli notevoli. Proprio per questo nei centri abitati si sfrutta l'energia solare grazie a questi impianti.
Rispetto agli altri sistemi che sfruttano l'energia rinnovabile, il fotovoltaico ha la capacità di produrre energia durante tutto l'anno ed immetterla nelle reti elettriche. Va però specificato che l'energia solare non è costante. Infatti, di notte, i sistemi fotovoltaici non producono energia. Questa carenza può essere superata con i sistemi di accumulo o mediante l'utilizzo di sistemi complementari durante le ore serali e notturne.
Di seguito vediamo nel dettaglio tutte le differenze tra i vari impianti solari.
Solare termico
I pannelli solari termici rappresentano una tecnologia che sfrutta l'energia solare per riscaldare l'acqua sanitaria contenuta in un serbatoio d'accumulo. Questo sistema è costituito da un collettore termico che, grazie alla radiazione solare, è in grado di riscaldare un liquido, chiamato fluido termovettore. Questo fluido trasporta il calore alle zone desiderate dell'impianto, consentendo un uso efficiente dell'energia solare.
In Italia, l'impiego più diffuso del solare termico è per la produzione di acqua calda sanitaria nelle abitazioni. I pannelli solari termici sono installati sui tetti delle case o su altre superfici esposte al sole, e il calore catturato viene utilizzato per riscaldare l'acqua che poi viene immagazzinata in serbatoi appositi per l'utilizzo domestico. Questo approccio consente di ridurre la dipendenza da fonti energetiche tradizionali per il riscaldamento dell'acqua, contribuendo alla riduzione dei consumi energetici e delle emissioni di gas serra.
Tuttavia, i pannelli solari termici non sono limitati solo alla produzione di acqua calda sanitaria. Possono essere impiegati anche per altri scopi, come il riscaldamento degli ambienti o il supporto a processi industriali. Anche se in Italia l'utilizzo per scopi industriali è meno diffuso rispetto alla produzione di acqua calda sanitaria, vi sono comunque applicazioni in settori come l'agricoltura, l'industria alimentare e la produzione di calore per processi industriali.
Inoltre, il solare termico può essere integrato con altri sistemi di riscaldamento, come caldaie a gas o sistemi di riscaldamento centralizzato, per fornire un supporto aggiuntivo e ridurre ulteriormente i consumi energetici complessivi. Questa integrazione può contribuire a creare sistemi di riscaldamento più efficienti ed ecologici, riducendo l'impatto ambientale complessivo legato al riscaldamento degli edifici e alla produzione di acqua calda.
Solare fotovoltaico
I pannelli solari fotovoltaici rappresentano una soluzione energetica sempre più diffusa, sfruttando efficacemente i raggi solari per generare elettricità. Il principio di funzionamento è abbastanza semplice: quando i fotoni solari colpiscono il materiale semiconduttore all'interno dei pannelli, provocano l'emissione di elettroni, generando così una corrente elettrica. È importante notare che questa corrente è di tipo continuo, ma grazie all'azione dell'inverter fotovoltaico, viene convertita in corrente alternata, rendendola compatibile con l'uso domestico.
Tuttavia, una limitazione significativa di questo sistema è legata alla sua dipendenza dalle ore di luce solare. Di conseguenza, molte persone scelgono di integrare l'impianto fotovoltaico con una batteria di accumulo. Questa soluzione consente di immagazzinare l'energia prodotta durante il giorno e utilizzarla durante le ore notturne, ottimizzando così l'autoconsumo e rendendo l'impianto più resiliente alle variazioni di luce solare.
Per quanto riguarda i costi, l'installazione di un impianto fotovoltaico può variare considerevolmente a seconda della sua dimensione e della potenza di picco. Un sistema di piccole dimensioni potrebbe avere un costo iniziale di circa 6.000€, mentre un impianto più grande, con una potenza di 20 kW, potrebbe costare intorno ai 32.000€.
Nonostante l'investimento iniziale possa sembrare significativo, è importante considerare che tale spesa può essere ammortizzata nel tempo attraverso il risparmio sulla bolletta energetica. In genere, si stima che il ritorno sull'investimento avvenga entro i primi 5 o 6 anni dall'installazione dell'impianto. Questo rende l'energia solare non solo una scelta ecologica, ma anche economica a lungo termine.
Solare termodinamico
Il sistema termodinamico rappresenta una soluzione all'avanguardia che unisce il solare termico alle tecnologie della pompa di calore, consentendo la produzione di acqua calda in modo efficiente e continuativo, anche durante le ore notturne e in condizioni meteorologiche avverse. Questo sistema innovativo sfrutta al meglio le risorse solari disponibili, consentendo un funzionamento costante durante l'intera giornata.
In Italia, il sistema termodinamico è impiegato con successo per il riscaldamento delle abitazioni, soprattutto in zone dove il clima invernale non scende al di sotto dei -5°C. È importante notare che al di sotto di questa temperatura, i moduli termodinamici possono riscontrare delle limitazioni operative, poiché la resa energetica potrebbe non essere ottimale.
Questo sistema rappresenta una valida alternativa per ridurre il consumo energetico e le emissioni di CO2 nell'ambiente domestico. La combinazione di energia solare e pompa di calore consente di sfruttare al meglio le risorse rinnovabili disponibili, contribuendo così alla sostenibilità ambientale e alla riduzione delle bollette energetiche.
Inoltre, l'impiego di tecnologie avanzate permette di monitorare e gestire in modo efficiente il sistema termodinamico, ottimizzandone le prestazioni e garantendo un comfort termico costante all'interno degli edifici.
Nonostante le potenziali limitazioni in condizioni climatiche estreme, il sistema termodinamico rappresenta comunque una soluzione versatile ed efficace per il riscaldamento delle abitazioni, contribuendo alla transizione verso un futuro energetico più sostenibile e resiliente.
A cosa serve l'energia solare?
L'energia solare serve a molteplici scopi, ed è considerata una delle fonti energetiche più versatili e sostenibili disponibili. Alcuni dei suoi utilizzi principali riguardano:
- Produzione di elettricità: I pannelli solari fotovoltaici trasformano la luce solare in elettricità. Questa energia può essere utilizzata direttamente o immagazzinata nelle batterie per uso futuro.
- Riscaldamento dell'acqua: I pannelli solari termici possono riscaldare l'acqua per uso domestico, riducendo la dipendenza da combustibili fossili per il riscaldamento.
- Riscaldamento degli ambienti: Attraverso l'uso di sistemi di riscaldamento solare passivi o attivi, è possibile sfruttare l'energia solare per riscaldare gli edifici in modo efficiente.
- Illuminazione: L'energia solare può alimentare luci esterne o interne, riducendo il consumo di elettricità da fonti non rinnovabili.
- Applicazioni remote: In aree remote o isolate, dove non è disponibile l'elettricità dalla rete, i sistemi solari off-grid possono fornire un'importante fonte di energia per alimentare dispositivi elettrici.
- Veicoli elettrici: L'energia solare può essere utilizzata per ricaricare le batterie dei veicoli elettrici, riducendo l'impatto ambientale dei trasporti.
- Agricoltura: In agricoltura, l'energia solare può alimentare sistemi di irrigazione, pompe elettriche e altri dispositivi utili per migliorare l'efficienza e ridurre i costi operativi.
- Telecomunicazioni: In molte aree remote, l'energia solare viene utilizzata per alimentare ripetitori e torri di telecomunicazioni, consentendo la connessione a internet e ai servizi telefonici.
Quali sono i vantaggi dell'energia solare?
Diversi sono i vantaggi relativi all’utilizzo dell’energia solare a livello domestico, tra cui:
- La disponibilità - Il sole è una fonte di energia rinnovabile e inesauribile ed è in grado di soddisfare il fabbisogno energetico anche delle regioni più remote.
- La purezza - Sfruttando l’energia solare, si genera energia pulita, riducendo le emissioni di CO2 e salvaguardando l’ambiente.
- I costi - L’energia solare è la più economica dato che non ci sono costi di produzione, trasporto e approvvigionamento. Visto l'aumento del costo dell'energia elettrica in Italia nel corso degli ultimi mesi, questo tipo di energia potrebbe essere la soluzione per ridurre i costi della bolletta dell'elettricità.
- L’autoproduzione - Questo tipo di energia può essere prodotta direttamente sul tetto della propria abitazione.
- L’ammortizzazione dell’investimento - Sebbene l’installazione di un impianto solare sia una spesa importante, l’investimento viene ammortizzato nel giro di pochi anni. Ad esempio un impianto fotovoltaico da 3 kW richiede una spesa di 3.400€ circa (prezzo che include lo sconto in fattura al 50% grazie all'Ecobonus), recuperabili in un lasso di tempo che va dai 3 ai 5 anni.
- Risparmio in bolletta - Con un impianto fotovoltaico con accumulo è possibile arrivare ad un risparmio energetico in bolletta pari al 90%. Inoltre, con questa opzione si possono far funzionare gli elettrodomestici più energivori anche di notte (es. condizionatore, forno e lavatrice).
Quali sono gli svantaggi dell'energia solare?
L’energia solare può tuttavia presentare degli svantaggi, tra cui:
- Il rendimento degli impianti solari fotovoltaici e termici - ad oggi, con questi sistemi si riesce a produrre solo un terzo dell’energia che si potrebbe generare dal sole.
- La mancanza di spazio - avendo la luce solare una bassa concentrazione, l’installazione di sistemi fotovoltaici e termici deve essere fatta su un’area piuttosto ampia. Questo può avere un impatto paesaggistico o economico dato che si sottrae terreno utile ad altri scopi (es. agricoltura). Per risolvere questo problema, in questi ultimi anni si stanno iniziando a costruire diversi impianti in zone periferiche, come nel deserto.
- Discontinuità della risorsa - la radiazione solare non è continua a causa dell’alternarsi del giorno e della notte e di eventi climatici. Una soluzione a questo problema può essere l’installazione di un impianto fotovoltaico con accumulo in modo da poter utilizzare l’energia elettrica prodotta dal sistema anche quando l’impianto non la produce.
L’energia solare in Italia
Come già anticipato, negli ultimi anni, in Italia si è verificato un aumento dell’uso delle energie rinnovabili per far fronte ai cambiamenti climatici provocati dalle emissioni di CO2. Questo trend è stato confermato dal fatto che, nel 2019, il Bel Paese si è posizionato tra i primi 15 paesi in Europa per la produzione di energia green.
Per quanto riguarda il solare, l’energia proveniente dai raggi del sole in Italia rappresenta il 35% di tutta l'energia prodotta nella Penisola. Attualmente la produzione di energia solare nel nostro Paese è in forte crescita e l'Italia si posiziona come uno dei paesi più all'avanguardia per la ricerca e l'innovazione dei sistemi di produzione energetica. Inoltre, è importante ricordare che il nostro territorio è lo Stato europeo con la maggior esposizione ai raggi solari, motivo per cui investire in impianti solari è una soluzione conveniente.
Come visto poc'anzi, l'Italia è un paese in cui il sole non manca e l'efficienza di questi impianti è garantita.
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Voglio passare al solareL'energia solare in Europa
Secondo i dati ufficiali dell'Eurostat, nel 2023 l'energia prodotta in Europa da fonti rinnovabili ha coperto il 37% del fabbisogno elettrico dei Paesi UE. L'energia solare e quella eolica hanno superato per la prima volta la produzione di elettricità e gas.
Complessivamente, il mix energetico elettrico europeo green nel 2020 è è cresciuto del 3% in confronto all’anno precedente, con il solare fotovoltaico che ha raggiunto una quota del 14% di tutta l’elettricità prodotta da fonti rinnovabili.
Austria e Svezia sono tra i Paesi più avanzati nella transizione energetica: in questi luoghi le energie pulite coprono oltre tre quarti del fabbisogno energetico di elettricità, mentre in Danimarca, Lettonia, Portogallo e Croazia tale quota arriva intorno al 50%. In fondo alla classifica si trovano invece Ungheria, Malta e Cipro, Paesi in cui le rinnovabili coprono appena il 10% della domanda elettrica.
L'energia solare ora potrà essere immagazzinata per più di 18 anni: uno studio
Uno studio della Chalmers University of Technology in Gothenberg sta brevettando un nuovo sistema per immagazzinare energia elettrica attraverso l'utilizzo di un generatore termoelettrico. Questo rappresenta una svolta radicale nella produzione di elettricità attraverso l'energia solare, poiché permetterebbe l'utilizzo di questa fonte di energia pulita per la produzione elettrica a prescindere dalle condizione atmosferiche, dalle stagioni, dall'orario della giornata o dalla posizione geografica.
Il sistema di immagazzinamento di energia solare creato da Chalmers è conosciuto con il nome di MOST: Molecular Solar Thermal Energy Storage System e la sua tecnologia è basata su una precisa molecola di carbonio, idrogeno e nitrogeno che cambia forma nel momento in cui entra a contatto con i raggi solari. Successivamente al contatto questa molecola si trasforma in un isomero - una molecola composta dagli stessi atomi ma disposti insieme in un modo diverso. L'isomero può essere quindi immagazzinato in forma liquida per essere riutilizzato quando più se ne ha bisogno. Un catalizzatore rilascia l'energia risparmiata come calore mentre restituisce la molecola alla sua forma originale, pronta per essere riutilizzata.
Nel corso degli anni, i ricercatori hanno perfezionato il sistema al punto che è ora possibile immagazzinare l'energia sotto forma di isomeri per oltre 18 anni.
Per concludere
Siamo giunti alla fine del nostro articolo, che speriamo ti sia stato utile per apprendere e conoscere tutto ciò che bisogna sapere riguardo all'energia solare, alle sue caratteristiche, al suo utilizzo, ai suoi vantaggi e molto altro ancora!
La sua crescente importanza nell'ambito delle energie rinnovabili e la sua capacità di ridurre l'impatto ambientale sono temi fondamentali per affrontare le sfide legate al cambiamento climatico e alla sostenibilità.
L'energia solare non solo offre una fonte pulita e inesauribile di elettricità, ma può anche rappresentare un investimento vantaggioso per le famiglie e le imprese, riducendo i costi energetici a lungo termine e aumentando l'indipendenza energetica.
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- Batterie di Accumulo: Le batterie di accumulo consentono di immagazzinare l'energia prodotta dai tuoi pannelli solari e utilizzarla quando necessario. Questo ti permette di ottimizzare l'autoconsumo energetico e di ridurre la dipendenza dalla rete elettrica esterna.
- Pompe di Calore: Le pompe di calore rappresentano una scelta ecologica ed efficiente per il riscaldamento e il raffreddamento degli ambienti domestici. Utilizzando l'energia proveniente dal sole o dall'aria, le pompe di calore contribuiscono significativamente alla riduzione dell'impatto ambientale, consentendoti di vivere in un ambiente confortevole in modo sostenibile.
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Inizia la tua Rivoluzione SolareDomande frequenti
Quali sono le caratteristiche dell'energia solare?
L'energia solare è inesauribile, pulita e infinita. Questo tipo di energia sfrutta solamente i raggi dl sole per produrre calore ed energia elettrica, senza emettere alcuna CO2 o sostanze inquinanti.