Energia solare

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L’ENERGIA SOLARE

In questa casa a energia solare, l'acqua viene pompata da un mulino a vento e riscaldata da pannelli solari (in basso a destra).

L’energia solare è purtroppo un metodo di produzione di energia ancora poco usato, ma molto interessante. Tramite dei pannelli solari installati sull’edificio in questione, si può produrre energia (i pannelli sfruttano i raggi del sole!!!).

L'energia solare, accumulata nell'atmosfera terrestre, negli oceani e negli organismi vegetali, è l'indispensabile condizione per il mantenimento dei processi vitali e dei fenomeni fisici che hanno luogo sulla Terra. Per citare solo alcuni esempi, è il motore del processo di fotosintesi che consente lo sviluppo della vita vegetale, del ciclo idrologico cui sono associate le precipitazioni e della circolazione dei venti.

Per sottolineare il valore dell'energia solare come fonte di energia utilizzabile, basti pensare che senza di essa non si sarebbe verificata la formazione di biomasse, e quindi dei combustibili fossili come carbone, petrolio, gas naturale, né potrebbe crescere alcun tipo di legno, da sempre utilizzato come fonte di energia. Le biomasse possono inoltre essere utilizzate per la produzione di metano o di alcol, attraverso processi di fermentazione o distillazione.
L'energia solare accumulata negli oceani dà luogo a gradienti verticali di temperatura che, inquadrati nell'ambito di un ciclo termodinamico, potrebbero forse essere sfruttati per produrre energia meccanica trasformabile in elettricità; questa possibilità, finora puramente teorica, richiederebbe l'impiego di dispositivi di dimensioni colossali.

Per sfruttare la radiazione solare si ricorre a impianti a pannelli solari, o collettori solari. L'energia così ottenuta può essere usata sotto forma di calore per riscaldare un gas o un fluido, oppure può essere convertita direttamente in elettricità sfruttando l'effetto fotovoltaico e le proprietà fisiche di particolari materiali.
Esistono due tipi fondamentali di collettori: a pannello e a concentrazione.

Un pannello solare è composto essenzialmente da una superficie metallica che si riscalda per effetto della radiazione solare; il calore viene poi ceduto a un liquido termovettore che circola in una serpentina e successivamente trasferito al sistema utilizzatore, ad esempio l'acqua dell'impianto di riscaldamento domestico. In particolare i collettori a pannello sono in grado di riscaldare i fluidi di trasporto fino a circa 80 °C, con rendimento compreso tra il 40 e l'80%.
Questi dispositivi sono particolarmente adatti per il riscaldamento domestico: di solito i collettori vengono installati sui tetti e orientati opportunamente in relazione alla posizione geografica del luogo.

Oltre ai pannelli, i sistemi di riscaldamento a energia solare devono comprendere pompe idrauliche, sensori di temperatura, controlli automatici e sistemi di immagazzinamento del calore. Il fluido di trasporto del calore può essere costituito da aria, acqua o altri liquidi; come serbatoio di calore si può impiegare una cisterna d'acqua ben isolata termicamente.

Per particolari applicazioni industriali sono necessari collettori più complessi e costosi che, focalizzando i raggi solari incidenti in un'area ristretta, permettano di raggiungere temperature di diverse centinaia o addirittura migliaia di gradi Celsius. Per migliorarne l'efficienza, i concentratori sono comandati da dispositivi elettromeccanici per l'inseguimento del tragitto del Sole durante l'arco del giorno.

La produzione centralizzata di energia elettrica da energia solare è attualmente in fase di sviluppo. Un progetto di centrale prevede che una schiera di riflettori mantenuti costantemente orientati verso il Sole focalizzi i raggi su una caldaia ad acqua, montata su una torre. Il vapore così generato può essere usato in un ciclo convenzionale di generazione elettrica.

In Italia è stata recentemente allestita, a Priolo Gargallo (Siracusa), una centrale solare ad alta temperatura concepita e voluta dal premio Nobel e presidente dell’ENEA Carlo Rubbia. È costituita da un’ampia superficie di specchi parabolici capaci di inseguire il Sole nella sua parabola diurna e da un sistema “chimico” di immagazzinamento del calore raccolto, rappresentato da una miscela di sali. L’energia solare catturata dagli specchi viene accumulata nella miscela e utilizzata per produrre il vapore ad alta temperatura (550 °C) che alimenta le turbine. La tecnologia, denominata “Archimede”, potrebbe in futuro costituire un filone interessante nel campo delle fonti rinnovabili.

L'energia solare può essere utilizzata anche nei processi di raffreddamento, poiché un normale ciclo di refrigerazione richiede l'impiego di una fonte di calore. Dato che per un funzionamento efficiente dei dispositivi di assorbimento occorrono temperature superiori ai 150 °C, per questo tipo di applicazione è indispensabile l'uso di collettori a concentrazione.

Le celle solari, realizzate con sottili lamelle di silicio cristallino, arseniuro di gallio o altri materiali semiconduttori, convertono la radiazione solare direttamente in elettricità con rendimento superiore al 30%. Oggi sono allo studio celle solari flessibili, che potranno essere adattate a edifici di qualsiasi forma. I nuovi pannelli, infatti, non presenteranno più il tradizionale strato rigido di silicio, ma uno strato di silicio in forma di minuscole sferette (del diametro di 1 mm ciascuna) contenute da due fogli sottili di alluminio sigillati con plastica; il dettaglio interessante è che tali sferette sono realizzate a partire dai materiali di scarto dell’industria della microelettronica.
Un modello puramente teorico proposto per produrre energia solare su vasta scala prevede la collocazione di moduli solari giganti in orbita geostazionaria. Qui l'energia generata dalla luce del Sole verrebbe convertita in microonde per essere poi inviata a terra e riconvertita in energia elettrica.

La natura intermittente della radiazione solare nell'arco del giorno e dell'anno rende indispensabile l'uso di dispositivi di accumulazione dell'energia prodotta in esubero durante le ore o i periodi favorevoli, in modo che essa possa essere resa disponibile, ad esempio, durante la notte. Oltre alla semplice acqua, si possono impiegare apparecchi più compatti che si basano sulle proprietà di cambiamento di fase di particolari miscele saline. Anche le batterie possono essere usate per serbare l'energia elettrica in eccesso prodotta dal vento o da dispositivi fotovoltaici.

Energia solare irradiata.	Centralina elettronica
Collettore solare	Acqua calda
Andata/ritorno primario	Riscaldamento complementare
Bollitore

Fonte: http://digilander.libero.it/ricerchescolastiche/varie/rc/energia_solare.doc

Autore: non identificabile dal documento

Energia solare

PERCHE' E' NATO IL PROBLEMA ENERGETICO?

Nell' ultimo secolo si e' avuto nel mondo un costante aumento del consumo di energia. Questo incremento però non si e' verificato in uguale misura in tutti i Paesi, ancora oggi infatti in molte parti del mondo il consumo medio procapite, considerando anche l'energia degli alimenti, si mantiene a un livello vicino a quello indispensabile alla sussistenza.
Gran parte di tale aumento e' dovuto soprattutto ai combustibili fossili e in particolare al petrolio. Prima del 1900 infatti veniva utilizzato principalmente il carbone mentre il contributo energetico del petrolio era quasi insignificante. Da allora però il suo impiego aumentò molto più rapidamente di quello del carbone, tanto che nel 1968 il petrolio costituiva circa il 60% del totale dell'energia prodotta.

L’attività dell’uomo, soprattutto negli ultimi 100 anni, ha comportato una crescente richiesta di energia che sta portando all’aggravamento della salute del nostro pianeta. La produzione di energia è per lo più ottenuta con la combustione di fossili, carbone, petrolio, metano, che bruciando emettono una enorme quantità di anidride carbonica e altri inquinanti.
Questi gas che si diffondono nell’atmosfera creano danni alle persone, alle piante e all’ecosistema.
Si prevede che le emissioni di anidride carbonica raddoppieranno nel 2030 perciò, se rimarrà l’attuale tendenza, si prospettano scenari disastrosi per l'ambiente.

Nonostante ciò la conferenza sui cambiamenti climatici, tenutasi ad Amsterdam nel novembre 2000, non è sfociata in un accordo tra i paesi riuniti. Gli obiettivi di questa conferenza non sono stati raggiunti quindi gli impegni assunti nel protocollo di Kyoto nel 1997 cioè ridurre entro il 2008-2012 i gas serra del 5,2%, a tutt’oggi rimangono sulla carta.
L’Italia da parte sua si è posto l’obiettivo di ridurre del 6,5% le emissioni rispetto al 1990, tramite l’incremento dell’efficienza nella produzione di elettricità, la maggiore utilizzazione di energie rinnovabili e il rimboschimento del territorio

A livello mondiale, i combustibili fossili coprono attualmente quasi il 95% del consumo di energia, essi però costituiscono una fonte esauribile.
I giacimenti attualmente conosciuti o quelli che potranno essere scoperti in futuro, saranno in grado di fornire quantità di energia probabilmente ingenti ma inevitabilmente limitate, quindi destinate ad esaurirsi.

Il Problema ambientale richiede risposte urgenti, e tra le varie azioni, le fonti rinnovabili di energia costituiscono un concreto e valido contributo al miglioramento dell’ambiente.

FONTI RINNOVABILI: UNA RISPOSTA MOLTO PROMETTENTE.

Esistono fonti energetiche il cui impiego non altera gli equilibri naturali della materia e della energia. Sono le fonti di energia rinnovabili , cosi dette proprio perché il loro impiego non varia la quantità complessiva di energia disponibile e inoltre la velocità con cui vengono utilizzate è mediamente uguale a quella con cui vengono riprodotte.
Sono fonti di energia rinnovabile il sole e i fenomeni indotti dall'energia solare, come il vento e i corsi d'acqua.
Un'altra fonte di energia che, sebbene non possa considerarsi rinnovabile, può fornire importanti contributi al nostro fabbisogno energetico per un periodo di tempo assai lungo, qualche migliaio di anni, senza conseguenze negative sull'ambiente, è l'energia geotermica. Questa fonte di energia e' legata al calore esistente negli strati profondi della Terra.

Quali sono le principali caratteristiche delle fonti di energia rinnovabile oltre a quella di non essere inquinanti?
Una prima caratteristica importante e' quella di essere ben distribuite: in ogni regione della terra, e' possibile disporre di una o più di queste fonti e nessun paese ne e' esclusivo proprietario. Inoltre non costano niente: nessuno deve pagare l'energia del sole del vento o delle maree. Il prezzo dell'energia ricavata da fonti rinnovabili dipende interamente dal costo delle infrastrutture, della tecnologia e della ricerca indispensabili per rendere possibile, ed economicamente conveniente, il loro impiego.
La tecnologia dello sfruttamento dell’energia solare per usi termici è un esempio valido e maturo di utilizzo di fonti rinnovabili, un settore che può dare un significativo contributo al risparmio energetico.

Il sole è una enorme massa che si trova ad alta temperatura 6.000 °C. L’energia è prodotta grazie a processi di reazione atomica, di fusione nucleare con perdita di massa. L’energia prodotta viene irraggiata sotto forma di onde elettromagnetiche (luce), che si propagano nello spazio circostante e in parte colpiscono la terra.
Durante l’attraversamento dell’atmosfera terrestre, l’irraggiamento solare subisce i seguenti effetti:
1. riflessione verso lo spazio, dovuta soprattutto alle nubi
2. diffusione in tutte le direzioni, dovuta soprattutto dall’azoto, ossigeno, vapore acqueo, anidride carbonica, ozono
3. assorbimento e riscaldamento dell’atmosfera.
L’energia solare che raggiunge la superficie terrestre è costituita sia dalla “radiazione diretta” che attraversa i suddetti ostacoli sia dalla “radiazione diffusa” dagli stessi e viene definita “radiazione globale”.

I COLLETTORI SOLARI TERMICI

La tecnologia per l'utilizzo termico dell'energia solare ha raggiunto maturità ed affidabilità tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo domestico e produttivo. La radiazione solare, nonostante la sua scarsa densità (che raggiunge 1kW/m² solo nelle giornate di cielo sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre. Il rendimento dei pannelli solari è aumentato di un buon 30 % nell'ultimo decennio, rendendo varie applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente competitive. L'applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a secondo dell'efficienza che varia con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore tra 30 % e 80%.

Nel mondo sono installati oltre 30 milioni di metri quadri di pannelli solari di cui 3 milioni nell'Unione europea.
In Italia l'applicazione dei pannelli solari per scaldare l'acqua può essere ancora molto potenziata. Nel 2000 sono stati installati circa 25.000 m², molto pochi anche rispetto a paesi più freddi (per esempio l'Austria) ma più sensibili a questioni economico ambientali relative a questo settore. Il parco del solare termico in Italia è oggi di 350.000 m², l'utilizzo maggiore è dovuto all'utenza domestica, ad impianti di prevalente utilizzo estivo ed alle piscine.

Essendo l'energia solare una fonte aleatoria sulla superficie terrestre, i collettori solari termici vanno realisticamente considerati integrativi rispetto alle tecnologie tradizionali; essi vanno quindi considerati capaci di fornire direttamente solo parte dell'energia necessaria all'utenza, energia che altrimenti dovrebbe essere prodotta dalla caldaia tradizionale. La percentuale di energia termica prodotta annualmente da un collettore solare termico prende il nome di fattore di copertura del fabbisogno termico annuo.
A Roma, per un sistema che ottimizzi il rapporto costi/energia prodotta, questo fattore non supera il 65%. Questo limite è comune a moltissime tecnologie basate su fonti rinnovabili, il più delle volte caratterizzate da disponibilità aleatoria o periodica.
Un collettore solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria dimensionato correttamente viene progettato per soddisfare il 60÷65% del fabbisogno termico.
In ambito urbano l'acqua calda sanitaria è per la maggior parte dei casi prodotta con scaldabagni elettrici o caldaie a gas. La produzione di acqua calda sanitaria, con l'uso di energia elettrica dissipata dalla resistenza presente nello scaldabagno, risulta un processo costoso dai punti di vista energetico, ambientale ed economico, se confrontato con la produzione di acqua calda con caldaie a gas. L'introduzione aggiuntiva di un collettore solare termico, che sostituisca parte della produzione di calore, comporta benefici ancora maggiori. Di seguito vengono analizzati brevemente gli effetti energetici, economici ed ambientali che l'introduzione di tre diverse tipologie di impianti per il riscaldamento per acqua sanitaria possono conseguire, in relazione all'introduzione di un sistema solare termico attivo, in particolare si analizzeranno le seguenti possibili soluzioni:

sostituzione dello scaldabagno elettrico con un sistema integrato solare/gas
integrazione del sistema gas preesistente con impianto solare

Analisi energetica: calcolo dell'energia pro capite necessaria
In media, in Italia si consumano circa 50 litri al giorno di acqua calda sanitaria pro capite, alla temperatura di 45°C. Ipotizzando una temperatura dell'acqua proveniente dall'acquedotto pari a 15 °C si può calcolare il quantitativo pro capite Q, di energia termica necessaria:

Q = G . cs . (Tu - Ta ) = 50 l . 1 kcal/l °C . 30 °C = 1500 kcal

Avendo indicato con:

G, massa d'acqua da scaldare (l)
cs , calore specifico dell'acqua (kcal/l)
Tu, temperatura di utilizzo, pari a 45°C
Ta, temperatura acqua dell'acquedotto (°C).

Caso di Produzione di acqua calda con scaldabagno elettrico
Considerando questa doppia trasformazione da energia primaria in energia elettrica e da elettrica a termica, emerge che, per produrre l'acqua calda necessaria giornalmente per soddisfare il fabbisogno pro capite sono necessarie 2,54 . 1,94 = 4,93 kWh primari equivalenti a 4.240 kcal. In tal modo solo il 35% dell'energia primaria consumata viene effettivamente utilizzata dall'utente. Nel caso, poi, di una famiglia di quattro persone, si arriva a 16.960 kcal/giorno, pari a 17,72 kWh (termici).

Caso di produzione di acqua calda con caldaia a gas

La produzione di calore e il conseguente riscaldamento dell'acqua sanitaria avviene per combustione diretta del metano. Nel caso peggiore di rendimento del 80%, per produrre 1500 kcal sono quindi necessarie in un giorno 1875 kcal (ossia 2,18 kWh). Nel caso di una famiglia di quattro persone si arriva a 7500 kcal/giorno.

Confronto di consumi energetici tra i casi esaminati

La figura seguente mostra il risultato del confronto tra il fabbisogno energetico necessario per la produzione di acqua calda sanitaria con uno scaldabagno elettrico, con una caldaia a gas, un sistema caldaia gas/collettore solare termico ed un sistema scaldabagno elettrico/collettore solare termico, ferme restando le ipotesi sopra enunciate ed il quantitativo procapite di acqua necessaria.

Si osserva allora che, nel passaggio dalla soluzione con scaldabagno elettrico a quella con caldaia a gas integrata da collettori solari, il consumo energetico procapite passa da 4,93 a 0,87 kWh. E' il caso più interessante, dunque, che porta ad una riduzione dell'82% del consumo energetico, a parità di servizio reso.

Vantaggi ambientali
Un primo indicatore di confronto tra le diverse tecnologie a disposizione può essere ritenuta la quantità di anidride carbonica mediamente immessa nell'ambiente per produrre, nelle stesse condizioni, acqua calda sanitaria. Nel corso dell'analisi energetica, si è stimato che il fabbisogno di energia elettrica di un'utenza monofamiliare (4 persone) per produrre acqua calda sanitaria con uno scaldabagno elettrico è pari a 7,74 kWh (elettrici) /giorno. In Italia, per produrre un kWh elettrico, le centrali termoelettriche emettono nell'atmosfera in media 0,58 kg di anidride carbonica (CO²), uno dei principali gas responsabili dell'effetto serra [Dati ENEL 1999]. Pertanto, lo scaldabagno in esame è indirettamente responsabile dell'immissione nell'atmosfera di:

0,58 kg CO² / kWh (elettrico) .7,74 kWh (elettrici) /giorno = 4,5 kg CO²/giorno,

Questo significa che, per la sola acqua calda sanitaria, utilizzando lo scaldabagno elettrico, una famiglia immette quotidianamente nell'ambiente 4,5 kg CO² (con una media procapite di 1,125 kgCO²/giorno).
Nel caso di una caldaia a metano, nella combustione si formano 0,25 kg CO² per ogni kWh termico; una famiglia di 4 persone dà quindi origine alla seguente produzione giornaliera di anidride carbonica:

0,25 kg CO² . 6.97 kWh (termici) = 1,74 kg CO² /giorno

con una media procapite di 0,435 kgCO²/ giorno.
La figura seguente riepiloga le emissioni di anidride carbonica generate nei diversi casi analizzati. La riduzione delle emissioni di CO² ottenuta con il sistema ibrido è notevole soprattutto rispetto al primo scenario: si passa da 1,125 kg di CO² emessi a 0,22 kg di CO² , con una riduzione percentuale dell'80%. Tra il caso di impiego della caldaia a metano e quello di integrazione di questa con i collettori si verifica una riduzione, in valore assoluto, di 0,33 kg di CO² procapite, mentre lo scaldabagno elettrico, se impiegato con il solare, porta ad una riduzione di 0,675 kg di CO².

I collettori solari possono classificarsi come segue: scoperti (senza vetri), piani (vetrati) e con tubo evacuato.
Pannelli scoperti.
Questi sono semplici ed economici, sono formati da tubicini neri in polipropilene, neoprene, pvc, o metallo attraverso i quali circola l’acqua. Non c’è isolamento perciò le temperature sono limitate a circa 20°C al di sopra della temperatura dell’aria. Questi pannelli sono ideali per utilizzi dove sono richieste temperature basse, come per es. il riscaldamento estivo delle piscine, la produzione nella stagione estiva di acqua calda sanitaria presso strutture turistiche alberghiere, quali camping, stabilimento balneari, alberghi rivieraschi.

Pannelli piani (vetrati).
Questo è il tipo di pannello più utilizzato e consiste in una scatola piana isolata, con un lato in vetro trasparente o plastica. La scatola contiene una lastra nera piatta che assorbe l’energia solare e che viene trasmessa al fluido che trasporta il calore (acqua o aria). Il vetro sopra e l’isolante sotto la lastra riducono le perdite di calore e la lastra assorbente può avere un trattamento selettivo per migliorare la sua prestazione. La maggior parte dei pannelli solari piani produce temperature fino a 70°C al di sopra della temperatura ambiente ed é adatta per il riscaldamento dell’acqua e dell’ambiente.

Tubi evacuati.
Questi pannelli sono composti da una schiera di tubi sottovuoto in vetro, ognuno contenente un assorbitore (generalmente una lastra di metallo nero) che capta l’energia solare e la trasferisce ad un fluido che trasporta il calore. Grazie alle proprietà isolanti dello spazio vuoto, le perdite di calore sono molto basse e si possono raggiungere temperature di circa 100°C al di sopra della temperatura dell’ambiente. Perciò questi pannelli sono particolarmente adatti per utilizzi a temperature più elevate.

Le tecnologie per utilizzare l'energia solare per produrre calore sono di tre tipi: a bassa, media ed alta temperatura.
Le tecnologie a bassa temperatura comprendono i sistemi che usano un pannello solare per riscaldare un liquido o l'aria, con lo scopo di trasferire il calore solare per produrre acqua calda o riscaldare gli edifici.
Il rendimento dei pannelli solari è aumentato del 30 % nell'ultimo decennio, rendendo varie applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente mature e competitive. Nel mondo sono installati oltre 30 milioni di metri quadri di pannelli solari di cui 3 milioni nell'Unione europea.
In Italia l'applicazione dei pannelli solari per scaldare l'acqua è poco diffusa. Fino ad oggi sono stati installati circa 20.000 m2 contro i più di 100.000 m2 installati in Austria.

Normalmente un impianto solare ( produzione di acqua calda sanitaria) è composto da un circuito primario, costituito da una tubazione d’acqua che assorbe calore nel collettore solare, e da un circuito secondario, che riceve tale calore, tramite uno scambiatore posto nel sistema di accumulo (boiler). Il circuito primario può essere a circolazione naturale ed in questo caso il collettore solare deve essere posto ad un livello più basso del sistema di accumulo.
L’efficienza di un collettore solare dipende non solo dalla struttura del collettore, ma principalmente dalla differenza tra la temperatura dell’acqua all’interno del collettore e la temperatura dell’ ambiente esterno. Un buon collettore solare, in climi temperati ed in giornate limpide, può raggiungere un efficienza del 60%-70%. I costi di un impianto solare di piccole dimensioni, includendo il sistema di accumulo e di regolazione, possono stimarsi intorno ai 2 Milioni di lire per kW di picco (termico) installato.

LA NOSTRA ESPERIENZA

La nostra Prof di scienze ci ha dato un’idea per sperimentare il funzionamento dei pannelli solari.
Abbiamo preparato sei scatole di plastica: inizialmente le abbiamo pitturate di nero solo sul fondo, poi invece abbiamo dipinto tre di queste anche sul coperchio.
In seguito le abbiamo riempite d’acqua variando la profondità e infine le abbiamo poste sul davanzale della finestra.
L’esperimento stava nel misurare nelle varie ore mattutine ( 8:00, 10:30, 12:50) la temperatura dell’acqua in tutte sei le scatole.
Questo lavoro è durato quasi costantemente per due mesi.
Ora dobbiamo tirare le conclusioni, e cogliere le differenze che dipendono dal colore delle scatole e dalla profondità dell’acqua.

Nella nostra ricerca di scienze all’inizio abbiamo usato dei contenitori con una superficie trasparente; poi abbiamo verniciato anche il coperchio di una parte dei contenitori con la vernice nera , perché sappiamo che il colore nero assorbe più radiazione solare.

In realtà dalle misurazioni è emerso che il coperchio trasparente permette un maggior riscaldamento dell’acqua.

Abbiamo dedotto che quando si abbia una superficie piana è meglio avere il coperchio trasparente perché le radiazioni solari sono più efficaci.

I contenitori da noi predisposti avevano livelli d’acqua differenti: in un contenitore il liquido aveva lo spessore di 1 cm, in un altro di 1,5 cm e nel 3° di 2 cm.

Nel corso di una stessa giornata, abbiamo osservato che la temperatura è in funzione al livello dell’acqua; cioè dove l’altezza é maggiore occorre più tempo per riscaldare l’acqua, però il calore si disperde più lentamente.

La temperatura maggiore raggiunta dall’acqua è stata di 51°C.

La differenza di temperatura tra la prima misurazione e l’ultima della giornata era molto maggiore nell’acqua che non nell’aria (ad es.in una mattina di marzo l’escursione termica è stata di 11° nell’aria, ma di 28° nell’acqua).

CONCLUSIONI

Ci rendiamo conto che la nostra esperienza è limitata dall’uso di materiale tecnologicamente non all’altezza (i recipienti utilizzati erano costituiti da scatole di plastica recuperate nelle nostre case e poi dipinti da noi stessi con le tempere) e a misurazioni non sempre tempestive e precise, ci ha comunque permesso di osservare, formulare ipotesi e verificarle senza naturalmente avere la presunzione di aggiungere nulla alla ampia letteratura che abbiamo potuto consultare attraverso Internet e di cui abbiamo scelto le parti per noi più interessanti che abbiamo riportato all’inizio di questa breve relazione.

Gli alunni della III C della scuola media di Preglia.

Fonte:http://www.cobianchi.it/setpiemonte/html/html_unita_lavoro/vco/casetti/energia_solare.doc

ENERGIA SOLARE

L’Energia solare è l’energia raggiante prodotta nel Sole per effetto di reazioni nucleari e trasmessa alla Terra sotto forma di radiazione elettromagnetica.
L'intensità della radiazione solare, cioè la quantità di energia che il Sole irraggia ogni secondo su 1 cm2 di superficie terrestre, è detta costante solare.

Trasformazione naturale dell'energia solare

L'energia solare, accumulata nell'atmosfera terrestre, negli oceani e negli organismi vegetali è fondamentale per la maggior parte dei processi vitali e dei fenomeni fisici che hanno luogo sulla Terra: è ad esempio indispensabile nel processo di fotosintesi che consente lo sviluppo della vita vegetale; è importante per il ciclo idrologico cui sono associate le precipitazioni; è responsabile dei venti, tuttora utilizzati come risorsa locale di elettricità.
Per sottolineare il valore di questa fonte di energia, basti pensare che senza di essa non si sarebbe verificata la formazione di combustibili fossili come carbone, petrolio, gas naturale, né sarebbe possibile lo sfruttamento del legno. L'energia solare accumulata negli oceani dà luogo a gradienti verticali di temperatura che, inquadrati nell'ambito di un ciclo termodinamico, potrebbero forse essere sfruttati per produrre energia meccanica trasformabile in elettricità; questa possibilità, finora puramente teorica, richiederebbe l'impiego di dispositivi di dimensioni colossali.

Raccolta diretta di energia solare

Per sfruttare la radiazione solare si ricorre a impianti a pannelli solari o collettori solari. L'energia così ottenuta può essere usata sotto forma di calore per riscaldare un gas o un fluido, oppure può essere convertita direttamente in elettricità sfruttando le proprietà fisiche di particolari materiali.

Raffreddamento solare
L'energia solare può essere utilizzata anche nei processi di raffreddamento, poiché un normale ciclo di refrigerazione richiede l'impiego di una fonte di calore. Dato che per un funzionamento efficiente dei dispositivi di assorbimento occorrono temperature superiori ai 150 °C, per questo tipo di applicazione è indispensabile l'uso di collettori a concentrazione.
Le celle solari, realizzate con sottili lamelle di silicio cristallino o altri materiali semiconduttori, convertono la radiazione solare direttamente in elettricità con rendimento superiore al 30%. Gli impieghi attuali delle celle solari sono limitati a dispositivi di bassa potenza che non possono essere riforniti di energia, come gli strumenti a bordo di sonde spaziali.
La natura intermittente della radiazione solare come fonte energetica rende indispensabile l'uso di dispositivi di accumulazione dell'energia prodotta in esubero durante le ore o i periodi favorevoli, in modo che essa possa essere resa disponibile, ad esempio, durante la notte. Oltre alla semplice acqua, si possono impiegare apparecchi più compatti che si basano sulle proprietà di cambiamento di fase di particolari miscele saline. Anche le batterie possono essere usate per serbare l'energia elettrica in eccesso prodotta dal vento.

Fonte: http://www.studenti.it/download/scuole_medie/Energia%20solare.doc

Fonti rinnovabili-solare

L’energia solare è sicuramente una delle fonti rinnovabili, che meglio potrebbe essere sfruttata. Il Sole, infatti, in ogni istante, irradia sulla terra 1367 watt per m2 ma, tenendo conto della superficie sferica della terra e del suo movimento di rotazione, l’irraggiamento reale è di 200 watt\ m2. L’energia solare, che arriva quindi sulla superficie terrestre, soddisferebbe abbondantemente il fabbisogno energetico umano. Bisogna tener conto, però, che è poco concentrata e in questo senso occorrono apparecchiature sofisticate capaci di immagazzinarla.
Nell’evoluzione storica, lo sfruttamento dell’energia solare è abbastanza tardivo. Le prime applicazioni, anni ’70 del secolo scorso, si riscontrano nella vita quotidiana attraverso strumenti molto diffusi quali calcolatrici ed orologi ricaricabili. Piccole applicazioni, che, però, cominciarono a sensibilizzare fin dagli inizi la società. In quegli anni, però, il costo del greggio era molto basso e, quindi, solo a partire dagli anni ’90, quando si classificarono i primi veri e propri danni ambientali legati all’inquinamento, ci si interessò con maggior applicazione al fotovoltaico e alle risorse rinnovabili.
L’energia solare garantirebbe una diminuzione netta dei gas serra ( Co2), con un impatto ambientale, almeno per i panelli solari e fotovoltaici, nullo.
Le applicazioni sono comunque molteplici e spaziano dai settori industriali a quelli domestici. In questo ultimo caso si parla di pannelli fotovoltaici ( produzione energia elettrica) e di panelli solari (riscaldamento dell’acqua), che garantirebbero un’autonomia dalle risorse energetiche tradizionali. I costi di istallazione sono inizialmente elevati, ma con gli incentivi dello stato e i ricavati dalla vendita dell’energia in eccesso, possono essere ammortizzati in un arco di tempo relativamente breve. Eloquente il caso Tedesco, che fin dall’approvazione della legge del 1991, promuove lo sviluppo di energie rinnovabili e in particolare per i produttori di energia pulita. Tramite gli incentivi e l’acquisto dell’energia prodotta ( 0,457 euro per KWh) i privati hanno potuto investire notevolmente nel settore. Oggi la Germania è il paese leader nelle esportazioni delle tecnologie rinnovabili e dove si istallano più pannelli fotovoltaici.
Nel settore industriale o nella produzione di energia a livello statale, sono in atto ricerche e studi per ridurre i costi di installazione e aumentare l’efficienza energetica degli “accumulatori” solari.
Il Premio Nobel per la fisica, il professor Rubbia, parla della “vecchia idea di Archimede”, un progetto che era stato predestinato nel 2003 per la località pugliese di Specchia.. Con questa nuova tecnologia, la luce diretta dal sole viene concentrata in un sistema di specchi e accumulata. L’energia termica così immagazzinata verrà utilizzata poi per produrre vapore ad alta pressione e quindi energia elettrica.
Inoltre secondo il direttore dell’Enea (Ente per le Nuove tecnologie, l'Energia e l'Ambiente) i costi sono identici a quelli dei combustibili fossili, ma si tratta di energia pulita.

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I COLLETTORI SOLARI TERMICI

CONCLUSIONI

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Trasformazione naturale dell'energia solare

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