L'energia solare: una breve guida

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.

Ma a che punto siamo in Italia? Nel nostro Paese il Gestore dei Servizi Energetici (GSE) ha pubblicato recentemente il rapporto annuale sulla diffusione e uso delle Fonti di Energia Rinnovabile (FER) in Italia. Come si evince dal rapporto, nella Nazione, tra il 2005 e il 2019, il consumo di energia da FER è raddoppiato, passando da 10,7 Mtep a 21,9 Mtep.

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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Un approfondimento Otovo sull'energia solare

Che cos’è l’energia solare?

L’energia solare si può definire come l’energia che il Sole trasmette alla Terra attraverso le onde elettromagnetiche. Questa è un'energia pulita, la fonte principale sul nostro pianeta ed è indispensabile per la vita di tutti gli organismi.

L'unità di misura dell'energia solare

Prendendo in considerazione le condizioni reali, per un pannello disposto perpendicolarmente ai raggi solari e senza l'interferenza dell'atmosfera terreste (dunque detto anche pannello solare piano), la potenza radiante metro quadrato sulla Terra è pari a 1.366,9 W/mq. Ciò significa che ogni metro quadrato di modulo solare è raggiunto da 1.366,9 watt solari.

La potenza radiante è indicata anche come irradianza, un'unità di misura che varia in funzione della distanza della Terra dal Sole, dipendente anche dell'atmosfera terrestre, delle condizioni metereologiche e della diversa posizione del Sole durante la giornata. A causa di ciò l'irradianza è differente in ogni zona; secondo l'ENEA, in Italia, la radianza solare può variare dai 160 W/mq della Pianura Padana ai 200 W/mq della Sicilia.

Come funziona l’energia solare?

Per capire le funzionalità di questo tipo di energia è necessario capire come viene utilizzata e 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 le differenze tra i vari impianti solari.

Solare termico

I pannelli solari termici sono dei moduli che utilizzano i raggi del sole per riscaldare l’acqua sanitaria contenuta all’interno di un serbatoio d’accumulo.

Questo sistema è composto da un collettore termico che mediante l’energia solare riesce a riscaldare un liquido, detto fluido termovettore, che porta calore alle zone desiderate, potendo muoversi all’interno dell’impianto.

Nel nostro Paese il solare termico è utilizzato prevalentemente per produrre acqua calda sanitaria, e raramente per fini industriali.

Ma quanto costa un impianto solare termico? I prezzi per questo sistema variano tra i 2700€ e i 6000€, in base alla grandezza del modulo.

Solare fotovoltaico

I pannelli fotovoltaici, invece, utilizzano i raggi del sole per produrre energia. I fotoni che colpiscono il materiale semiconduttore dei pannelli fotovoltaici stimolano gli elettroni all’interno del modulo fotovoltaico che muovendosi producono corrente elettrica. È bene ricordare che la corrente prodotta dal pannello fotovoltaico è corrente continua e che grazie all’inverter fotovoltaico, che la trasforma in corrente alternata, può essere usata all’interno delle nostre abitazioni.

Tuttavia, un problema di questo impianto è che l'energia che viene generata dal sole viene prodotta solamente durante le ore di luce. Proprio per questo motivo molti optano per una batteria per fotovoltaico così da immagazzinare l'energia durante il giorno per poi consumarla di notte.

Il prezzo di un impianto fotovoltaico varia a seconda della potenza di picco dell'intero sistema. Un impianto di piccole dimensioni si aggira sui 6.000€ circa, mentre un sistema da 20 kW si aggira sui 32.000€ (prezzi esclusi di Bonus Ristrutturazioni e Superbonus 110).

Per quanto riguarda l'investimento iniziale, decidere di passare al fotovoltaico potrebbe sembrare molto costoso. Va però detto che la spesa iniziale può essere ammortizzata dal risparmio in bolletta, e il rientro dell'investimento solitamente è garantito in 5/6 anni.

Solare termodinamico

Il sistema termodinamico unisce il solare termico alle tecnologie della pompa di calore e permette di produrre acqua calda sia di notte, sia con condizioni meteorologiche avverse. Infatti, la tecnologia innovativa di questo impianto permette di funzionare durante tutta la giornata.

In Italia questo sistema è impiegato per riscaldare le case nelle abitazioni dove il clima invernale non va al di sotto dei -5°C. Infatti al di sotto di questa temperatura, questi moduli non funzionano più.

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).

Gli svantaggi dell'energia solare

L’energia solare presenta anche 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.

Con Otovo puoi installare impianti fotovoltaici personalizzati, in base alle tue esigenze. Offriamo anche la possibilità di installare impianti fotovoltaici con accumulo offrendoti la possibilità di usufruire dell'energia solare anche di notte.

L'energia solare in Europa

Secondo i dati ufficiali dell'Eurostat, nel 2020 l'energia prodotta in Europa da fonti rinnovabili ha coperto il 37% del fabbisogno elettrico dei Paesi UE. L'energia solare e quella eolica nel 2021 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 incredibili 18 anni.

Domande 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.