Solare a concentrazione

Produrre energia con il "solare a concentrazione"

Articolo aggiornato il 02-03-2014

Solare a concentrazione
Il solare a concentrazione è ritenuto un nuovo campo di ricerca e applicazione in grado di produrre energia elettrica utilizzando i raggi solari; questa tecnologia è applicabile solamente in aree ad alta radiazione solare, come in Italia e in genere nei paesi mediterranei, in cui è presente una notevole irragiamemnto solare che consente di utilizzare al meglio questa importante sorgente di energia. Il solare a concentrazione non utilizza le consuete celle solari al silicio come il fotovoltaico tradizionale, ma sistemi ottici per concentrare la luce solare che non viene trasformata direttamente in energia elettrica ma viene raccolta sotto forma di energia termica e come tale può essere accumulata in opportuni serbatoi di stoccaggio, per essere poi utilizzata, direttamente sotto forma di energia termica o trasformata in elettricità, anche in altri momenti rispetto a quelli in cui è stata immagazzinata. Per produrre energia elettrica con questa tecnologia è necessario riscaldare un fluido (sali fusi, gas, oli minerali) con la radiazione solare e accumulare questa energia che verrà poi adoperata per produrre vapore e quindi energia elettrica in un impianto termoelettrico di tipo tradizionale. Aggiungiamo che con il solare a concentrazione è possibile non solo generare energia elettrica, ma anche somministrare calore a edifici a media temperatura, dissalare l’acqua di mare, climatizzare fabbricati/ambienti in estate. La crescita di questa tecnologia è più lenta rispetto alle altre tecnologie per lo sfruttamento dell’energia solare perché è necessario fare importanti investimenti per la realizzazione di questi impianti che sono a elevata tecnologia e di grandi dimensioni; inoltre a differenza del fotovoltaico questa tecnologia può sfruttare solo le "radiazioni dirette" e non quelle diffuse. “Il solare termodinamico è più adatto ai paesi del Nord Africa e del Medio Oriente,. In analogia a quanto avviene con l’idroelettrico il solare termodinamico ci permette di immagazzinare energia, per mezzo di dighe/sbarramenti nell’idroelettrico e per mezzo del fluido caldo per il solare termodinamico. Con l’attuale tecnologia la realizzazione di questi impianti è consigliabile rispetto a impianto fotovoltaici di medie/grandi dimensioni soltanto nella costruzione di grossi impianti. Confrontando un grande impianto fotovoltaico con un impianto solare termodinamico vediamo che il secondo occupa un’area grande solo un 1/3 dell’altro e che la sua produzione di energia continua anche in caso di abbassamento dell’irradiazione solare (notte o cielo nuvoloso) perché il calore presente nel fluido ha una temperatura di 500/600°C, che ci permette di accumularlo anche per alcuni giorni. Conviene adoperare il solare a concentrazione nel caso in cui vi è un’elevata richiesta energetica (grandi aziende, poli industriali, grandi amministrazioni pubbliche o private) con potenze da 1 a 100 MW. Questo tipo d'impianti raggiunge elevate temperature nel fluido presente nell’impianto che ci permette l'uso in applicazioni industriali come la “cogenerazione”, ovvero la produzione di elettricità e/o calore da utilizzare nei processi industriali. Questo tipo di fonte energetica rinnovabile usufruisce degli incentivi pubblici per la produzione elettrica da energia solare termodinamica.

Solare a concentrazione: Link rilevanti
Segnaliamo alcuni link di aziende che si occupano del solare a concentrazione e che sono tra quelle di maggior rilevo a livello nazionale. Enel Greenpower è la società del Gruppo Enel, che propone servizi, prodotti e soluzioni integrate per il risparmio e l’efficienza energetica, con particolare focalizzazione sulle fonti di energia rinnovabili, per le tecnologie d'avanguardia si occupa della sperimentazione sul solare a concentrazione, che Enel ha avviato tramite il “progetto Archimede” realizzato presso la centrale di Priolo Gargallo (Siracusa). Si tratta della prima applicazione, a livello mondiale, di integrazione tra un ciclo combinato a gas con un impianto solare basato su una tecnologia fortemente innovativa elaborata dall'Enea. Anest (Associazione Nazionale Energia Solare Termodinamica)  è un’associazione no profit composta da diversi e importanti operatori italiani interessati allo sviluppo del mercato del solare termodinamico (CSP, Concentrating Solar Power) per la produzione di energia termica ed elettrica da fonte rinnovabile. All'interno del sito si trova una completa descrizione della tecnologie e dei relativi impianti del solare a concentrazione; si trova a Milano. Solare Termodinamico sito che si occupa dell’utilizzo dell’energia solare e degli impianti relativi, in particolare: solare termico, fotovoltaico e solare termodinamico. Solare Termodinamico Italiano è un sito che tratta in modo approfondito le applicazioni dell’energia solare e i relativi impianti di produzione, si interessa in maniera specifica del solare a concentrazione. GSE (Gestore dei Servizi Energetici) opera per la promozione dello sviluppo sostenibile, attraverso l'erogazione di incentivi economici destinati alla produzione energetica da fonti rinnovabili e con azioni informative tese a diffondere la cultura dell'uso dell'energia compatibile con le esigenze dell'ambiente. Ha anche il compito d'incentivare la produzione elettrica da energia solare termodinamica vedi D.M. 05/05/2011 che ha introdotto l’incentivazione degli impianti solari a concentrazione (CPV).

Solare a concentrazione: Tipi d’impianto
Le principali tipologie d'impianto che servono per la produzione di energia elettrica attraverso il solare a concentrazione sono generalmente le seguenti: 
♦ “Impianti a collettori parabolici lineari” - Formati da numerosi specchi di forma parabolica concava posizionati in varie file e ravvicinati; i raggi del sole sono indirizzati verso ogni singolo specchio in un punto chiamato “centro focale”, per tutti i centri focali degli specchi passa un ricettore lineare o tubo ricevitore in cui è presente il fluido termovettore primario che cede poi il calore ad un fluido secondario (di solito acqua) connesso al gruppo turbina-alternatore, che trasforma l’energia termica in elettrica; questi impianti hanno necessità di occupare notevoli aree all’aperto e possono ruotare solo intorno al proprio asse. Tra le diverse tecnologie del solare termodinamico è quella più comunemente utilizzata.
♦ "Impianti a collettori lineari di Fresnel" - Composti da una serie di specchi lineari, posti orizzontalmente in prossimità del suolo, che riflettono e concentrano la radiazione solare sul ricevitore; che è costituito da un tubo posto al di sopra del piano degli specchi, ad adeguata distanza, contenente il fluido termovettore (olio diatermico o acqua) destinato alla produzione di calore (la temperatura non supera i 400°C). Questo tipo d'impianto è modulabile.
♦ "Impianti a torre centrale” - Costruiti con numerosi specchi, detti “eliostati”, che concentrano la radiazione solare verso un unico punto (torre centrale) nel quale è posta una caldaia che permette ad un fluido termovettore primario di scorrere assorbendo calore e di cederlo (per mezzo di uno scambiatore) ad un gruppo composto da turbina/alternatore che lo converte in energia elettrica.  
♦ “Impianti con collettori a disco parabolico"  -  Formati da un pannello riflettente che insegue il sole, con un movimento di rotazione attorno a due assi ortogonali, e concentra la radiazione solare su un “ricevitore” montato nel suo punto focale. Il calore ad alta temperatura viene generalmente trasferito ad un fluido ed adoperato in un motore, posizionato al di sopra del ricevitore, dove viene prodotta direttamente energia meccanica o elettrica.
I sistemi solari a concentrazione possono inoltre essere classificati anche sulla base di: livello di concentrazione (basso, medio, alto), sistema (point-focus, line focus e altro), ottica (rifrattiva, riflessiva), tipologia della cella, raffreddamento (attivo o passivo), inseguimento (uno o due assi).

Solare a concentrazione: Tecnologia innovativa Enea
Tra gli impianti a energia solare in italia ne troviamo uno che si basa su una nuova tecnologica messa a punto dall’Enea che in collaborazione con Enel denominato “Progetto Archimede”; che per mezzo di un campo solare (nel sito di Priolo Gargallo vicino Siracusa e composto da 72 collettori parabolici) concentra la luce del sole su tubazioni percorse da un nuovo fluido a base di sali in grado di accumulare calore ad alta temperatura (550 °C) per renderlo disponibile in ogni momento della giornata e in qualsiasi condizione meteorologica. Con il Progetto Archimede sarà possibile per la prima volta al mondo integrare un impianto solare termodinamico in un impianto termoelettrico dotato di ciclo combinato a gas; cercando così di risolvere uno dei problemi che si presentano nell’utilizzo delle fonti energetiche solari che è quello di riuscire a produrre energia elettrica in modo costante, eliminando o contenendo le interruzioni di erogazione. L'energia termica così raccolta produce vapore ad alta pressione che, convogliato nelle turbine della centrale, incrementa la produzione di energia elettrica. Questo riduce il consumo annuo di combustibili fossili con un risparmio di 2.600 tonnellate di petrolio pari e taglia l’emissione di anidride carbonica per 8.000 tonnellate l'anno. La tecnologia Enea per la captazione dell'energia solare si basa sull'utilizzo di collettori parabolici lineari costituiti da un comune specchio di vetro che concentra la radiazione diretta del sole su un tubo assorbitore (ricevitore) disposto sul fuoco della parabola. Al suo interno viene fatto circolare il fluido per asportare l'energia solare che, una volta accumulata, verrà poi utilizzata per produrre vapore e quindi energia elettrica in un impianto termoelettrico di tipo convenzionale, con un rendimento di conversione del 16%. Fonte Enea.

Solare a concentrazione: Vantaggi e svantaggi
Tra i "vantaggi" di maggior rilievo che l'applicazione di questo tipo di tecnologia solare comporta vi sono:
- in rapporto al fotovoltaico tradizionale ha la possibilità di conservare l'energia, che può essere usata anche nelle ore notturne;
- rispetta l'ambiente circostante;
- grande semplicità progettuale;
- i cittadini che vivono nelle zone limitrofe non sono soggetti a rischi o fastidi;
- è possibile integrare questi impianti con quelli termoelettrici di tipo convenzionale.
Gli "svantaggi" che presenta il solare a concentrazione sono in generale legati ad una considerevole occupazione di suolo e comportano elevati costi sia d'impianto che di gestione.

Solare a concentrazione: Osservazioni
Il solare a concentrazione può essere utilmente realizzato con impianti da collocare in zone scarsamente popolate e nelle quali non siano presenti rilevanti attività umane (aree desertiche o semidesertiche), in funzione di ciò sono in fase di progettazione dei grandi impianti per il solare a concentrazione da localizzare nei paesi del nord Africa (in sinergia con  paesi europei coma la Spagna e Italia) dove vi è la disponibilità di spazio (vedi deserto) e radiazione solare media annua molto elevata creando delle situazioni particolarmente favorevoli alla produzione su vasta scala di energia elettrica. Questi impianti solari forniscono energia elettrica senza interruzioni e rispettano l’ambiente circostante. Il solare termodinamico ha un’apprezzabile capacità di conversione termica dell’energia solare e utilizzando questa tecnologia si può evitare l’utilizzo del silicio che è un materiale di elevato costo e di non facile smaltimento.