ENERGIA SOLARE: POTENZIALITÀ E TECNOLOGIE

Il Prof. Antonio Perdichizzi , ordinario dell’Università degli Studi di Bergamo – Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate –   ha tenuto una “Lectio Magistralis” ai soci e agli ospiti convenuti il 13/3/2018 preso il Ristorante “Villa Tre Panoce” di Conegliano su un tema di grande interesse attuale con prospettive estremamente importanti per il futuro:

“Energia Solare:Potenzialità e tecnologie”.

L’esposizione chiara, documentata da tabelle derivanti da studi approfonditi e sperimentazioni attuate, ha catturato l’attenzione di tutti i presenti.

Introduzione

L’energia solare, tra le fonti di energia rinnovabile, è quella che presenta le maggiori potenzialità di sviluppo e nei prossimi anni potrà dare un rilevante contributo al contenimento delle emissioni di CO2 e alla mitigazione del problema del “Global Warming”. La disponibilità complessiva dell’energia solare nelle diverse aree del pianeta è enorme ed è in grado di assicurare rilevanti contributi alla produzione di energia elettrica di moltissimi paesi, sia di quelli sviluppati che in via di sviluppo. In Fig.1, è riportato l’ammontare annuo di energia solare irraggiata sulla superfice del pianeta (cubo in giallo), confrontato con le riserve di combustibili fossili e nucleari.  Nei prossimi anni assisteremo quindi ad un forte sviluppo di iniziative in questo campo, sia relativamente alle attività di ricerca e sviluppo, che per la realizzazione di impianti di produzione di energia elettrica su grande scala.

Fig.1: Energia solare disponibile e distribuzione geografica

Le due principali tecnologie per la produzione di energia elettrica da fonte solare sono:

– il solare fotovoltaico PV – il solare termodinamico a concentrazione CSP

Solare Fotovoltaico

Negli ultimi anni la tecnologia dei pannelli PV si è evoluta consentendo di ottenere rendimenti  dell’ordine del 18-20%  con una significativa riduzione dei costi di produzione. Quindi, oltre alle applicazioni domestiche sui tetti delle case, si è avuta una forte diffusione degli impianti fotovoltaici di grande taglia.

Solare termodinamico Impianti CSP

L’altra tecnologia che va prendendo piede nelle regioni ad elevato irraggiamento è il solare termodinamico a concentrazione CSP (Concentrated Solar Power). Si tratta di impianti di grandi dimensioni che utilizzando l’energia solare sono in grado di produrre rilevanti quantità di energia elettrica con potenze dell’ordine dei 100-200 MW. Questi impianti rispetto al fotovoltaico hanno il grande vantaggio di poter accumulare l’energia termica e di utilizzarla per generare l’energia elettrica anche nelle ore notturne o, più in generale, secondo la richiesta.

Esistono due principali soluzioni per il campo solare di captazione: impianti a concentratori parabolici e impianti a torre con eliostati. Entrambi sono basati su  grandi superfici di specchi con meccanismi di inseguimento del sole per massimizzare la captazione dell’energia solare

Fig.6: Campo solare con collettori parabolici

Fig.7: Campo solare a torre con eliostati

Il gruppo di ricerca di Sistemi Energetici dell’Università di Bergamo da anni è impegnato in attività di ricerca sull’energia solare. In particolare nel campo degli impianti CSP ha sviluppato modelli di simulazione e procedure di ottimizzazione che includono le diverse configurazioni oggi disponibili, sia per il campo solare di captazione che per l’impianto di conversione termodinamica. Le simulazioni consentono di  prevedere con accuratezza le prestazioni dell’impianto CSP e in particolare la effettiva produzione di energia elettrica ottenibile per determinato impianto e per una determinata località.

Edifici Sostenibili e Zero Energy

Un secondo settore in cui grazie all’energia solare si possono realizzare importanti risparmi di energia è quello residenziale. In paesi con elevata insolazione e condizioni climatiche anche estreme, è possibile realizzare edifici energeticamente autonomi che garantiscano il comfort abitativo ideale utilizzando

Fig. 8: Casa Passiva

solamente energia solare, senza cioè alcun collegamento con la rete elettrica o altra fonte di energia elettrica. Per raggiungere l’obiettivo della totale autonomia energetica si deve effettuare una progettazione dell’edificio secondo i canoni della “casa passiva” (Fig. 8), in modo da contenere al massimo le dispersioni termiche  e allo stesso tempo  utilizzare soluzioni impiantistiche per il raffreddamento e trattamento dell’aria interna molto efficienti con consumi di energia molto ridotti.

Lo studio Casetta e Partners insieme al  Team Sistemi Energetici dell’Università di Bergamo, nel 2016 é stato selezionato dal Centro di Ricerca di Dubai  MBRSC (Mohammed Bin Rashid Space Center) per la progettazione e la realizzazione negli Emirati Arabi Uniti della prima casa passiva “off-grid”. Presso questo centro è stato realizzato un edificio energeticamente autonomo, alimentato unicamente con energia solare, che è in grado di assicurare condizioni ottimali di comfort in tutto il periodo estivo. Si tratta del primo esempio al mondo di casa passiva off-grid,realizzata in climi tropicali.

Fig. 10:  Casa passiva alimentata solo ad energia solare a Dubai

La conclusione che si può trarre da questo progetto è che se questa tipologia di case passive “off-grid” fosse diffusa su larga scala, si potrebbero ridurre in modo rilevante i consumi di energia elettrica da fonti fossili e le relative emissioni in ambiente.