Energia solare termoelettrica: che cos’è e come funziona

L’energia solare termoelettrica, anche nota come termico solare a concentrazione, è una tecnologia utilizzata per produrre energia elettrica e acqua calda mediante un sistema di specchi che concentrano i raggi del sole in uno specifico punto. Il grande vantaggio di questi impianti sta nel fatto che possono produrre energia anche di notte, quando il sole non splende in cielo, attraverso tecnologie che conservano il calore accumulato nel corso della giornata, per poi utilizzarlo quando il sole non c’è.

Che cos’è l’energia solare termoelettrica

Questa tecnologia sfrutta il calore del sole per generare elettricità ed il processo avviene in centrali solari termiche che sfruttano sistemi a concentrazione solare (CSP). Tali centrali cominciarono ad essere costruite in Europa e in Giappone all’inizio degli anni ’80.

Si tratta di un modo alternativo di produrre energia dai raggi solari, che al posto dei pannelli fotovoltaici usa, invece, dei collettori, che producono temperature abbastanza alte da azionare delle turbine a vapore.

Chiaramente, anche in questo caso si tratta di energie rinnovabili, abbondanti e pulite.

Le origini dell’energia solare termoelettrica

Già alla fine ‘800 Augustin Mouchot. ne definì le caratteristiche e l’applicabilità. Tuttavia, le prime esperienze che ne dimostrano la fattibilità risalgono agli anni ’80  del secolo scorso.

Come funziona l’energia solare termoelettrica

Di fatto, una centrale solare termoelettrica funziona come una centrale termica. Ma la grande e sostanziale differenza sta nel fatto che, al posto di carbone o naturale, sfrutta l’energia solare.

Attraverso degli specchi, i raggi solari vengono concentrati nel ricevitore costituito da silicio, raggiungendo temperature fino a 1000º. Questo calore riscalda un fluido e genera vapore che, a sua volta, mette in azione le turbine che generano elettricità.

Il fluido termovettore è fondamentale per il funzionamento corretto dell’impianto, perché non deve disperdere velocemente il calore. Per questo, una volta riscaldato, dovrà mantenersi ad altissime temperature, anche oltre i 500°, per alcuni giorni, senza essere in contatto con la fonte di energia. È dunque di due tipi:

• olio diatermico, soprattutto nelle centrali di prima generazione
• luido salino ovvero sali fusi costituiti da nitrato di sodio per il 60% e da nitrato di potassio per il 40%, usato nelle centrali di seconda generazione

Proprio la presenza dei sali fusi permette, nel corso della giornata, di raccogliere ed immagazzinare ulteriore calore solare, da usare poi durante la notte per la generazione di energia o gli altri usi.

Di fatto, il modulo fotovoltaico è costituito da materiali semi-conduttori, come il silicio. Quando i fotoni della luce solare colpiscono i moduli, creano un flusso di elettroni che genera corrente continua, convertita in corrente alternata tramite un inverter.

L’impianto a energia solare termoelettrica, invece, sfrutta degli specchi che seguono costantemente il sole durante il suo moto, per massimizzare la resa di captazione solare durante tutta la giornata.

Stiano comunque parlando di una delle fonti rinnovabili più pulite e infinite, da cui, attraverso tecnologie diverse, si produce elettricità.

I tipi di centrale termoelettrica

Attualmente esistono diversi tipi di centrali solari termoelettriche. Il modo in cui l’elettricità viene generata è simile; ma la differenza sta nelle modalità in cui l’energia solare viene concentrata. Ecco quindi i principali tipi di impianto.

• Impianto solare termico a torre. Una serie di specchi riflettenti orientabili, cosiddetti eliostati, inseguono il sole in modo da focalizzare i raggi solari sui ricevitori situati sulla torre, all’interno dei quali scorre il fluido termovettore. I primi impianti di questo genere vennero realizzati all’inizio degli anni ’80 in Spagna, ad Almería, e a Nio, in Giappone
• Collettori parabolici lineari. La luce diretta del sole viene concentrata su un tubo ricevitore all’intero del quale scorre il fluido termovettore, collocato lungo la linea focale del riflettore
• Piatto parabolico. Nota anche come centrale termica solare a piatto Stirling, questa centrale solare termica usa uno specchio parabolico a forma di piatto per focalizzare i raggi del sole su un motore Stirling, collocato nel punto focale della parabola. Andandosi ad accumulare, il calore fa aumentare la temperatura dell’aria, che spinge il motore Stirling e la turbina a generare elettricità. Il più famoso impianto di questo tipo si trova nel Mojave, negli Stati Uniti
• Collettori lineari a riflettore Fresnel. Le radiazioni solari si concentrano su specchi opportunamente inclinati e collocati sui tubi ricevitori dove scorre il fluido termovettore
• Centrale solare termica parabolica. L’impianto è costituito da uno specchio a forma di cilindro parabolico con un canale posto lungo il suo asse che concentra i raggi del sole. All’interno del tubo scorre un fluido che, riscaldato, produce il vapore che va ad azionare una turbina. Ad oggi è il sistema più diffuso e promettente per il futuro

Quali differenze tra energia solare termoelettrica e impianto fotovoltaico

L’energia solare termoelettrica e l’impianto fotovoltaico sono due tipi di tecnologie che sfruttano entrambi l’energia solare per produrre energia elettrica utilizzabile, ma differiscono nel modo in cui convertono i raggi solari in elettricità.

• Il fotovoltaico converte la radiazione solare direttamente in energia elettrica attraverso i pannelli fotovoltaici, senza sfruttare fluidi termovettori e vapore. L’efficienza di conversione dei pannelli è inferiore rispetto al solare termoelettrico, ma funziona anche in presenza di nubi e con una radiazione solare diffusa. Questa tecnologia può essere impiegata su bassa scala pere produrre energia decentralizzata, ed installata sui tetti di abitazioni, edifici commerciali o su terreni aperti. Infine, l’impianto fotovoltaico ha visto una notevole diminuzione dei costi, diventando molto più accessibile anche per una singola abitazione.
• Il solare termoelettrico funziona un po’ come il solare termico, nel senso che riscalda un fluido, ma qui ci sono degli specchi che raccolgono e concentrano i raggi solari per riscaldare il fluido, ed ottenere poi del vapore ad alta pressione che alimenta delle turbine e produce elettricità, come accade in una centrale termica. Tuttavia, anche se un impianto termoelettrico ha una maggiore efficienza di conversione dell’energia solare rispetto al fotovoltaico, necessita di un irraggiamento costante e diretto, per questo gli impianti si trovano soprattutto in zone desertiche. Questa tecnologia è spesso utilizzata per grandi impianti di produzione di energia elettrica, come le centrali solari a torre o le centrali solari a specchi parabolici. Può essere adatta per la generazione di energia su larga scala. Infine, per costruire questi impianti occorre un notevole investimento perché impiega tecnologie ad hoc e manodopera specializzata.

I vantaggi dell’energia solare termoelettrica

Ora che abbiamo visto quali sono le principali differenze tra l’energia termica solare ed il fotovoltaico, soffermiamoci sui vantaggi che offre il solare termoelettrico.

• Grandi dimensioni, fino ad alcune centinaia di Mw, molte di più, quindi, rispetto al fotovoltaico
• Funzionamento anche in assenza di sole per via della sua capacità di immagazzinare l’energia solare termica per mezzo dei sali fusi e della possibilità della rete
• Impiego di molti meno materiali per la costruzione di una centrale
• Produzione in contemporanea di calore, elettricità ed acqua calda
• Utilizzo più efficiente in vari processi industriali che richiedono la generazione di calore intenso come, ad esempio, la siderurgia e la produzione chimica
• Impiego di un minor numero di ettari di terreno per produrre la medesima quantità di energia
• Miglior utilizzo della luce solare nelle aree desertiche assolate: luoghi dove, invece, il fotovoltaico perde efficienza a causa di un riscaldamento eccessivo

Gli svantaggi dell’energia solare termoelettrica

Passiamo ora in rassegna i contro della tecnologia.

• Utilizzo di molta acqua, con conseguente sottrazione di acqua alle popolazioni locali. Un problema diffuso specialmente per gli impianti collocati nei deserti o in zone con evidente scarsità d’acqua
• Moria di uccelli e di altre specie animali, con rischio di mettere a repentaglio l’ecosistema locale, per l’eccessivo flusso di calore
• Efficienza piuttosto bassa per la produzione elettrica: circa il 4,6%, rispetto alla media del 15-20% garantita dagli impianti fotovoltaici

Qual è il Paese che produce più energia solare termoelettrica

Leader mondiale per potenza installata di energia solare termoelettrica a inizio 2010 è la Spagna che, con 432 MW, ha operato il sorpasso sugli USA, che contavano 422 MW di potenza installata all’inizio dello stesso anno.

La Spagna è una potenza grazie ai mega impianti solari termoelettrici come quello di Solúcar e soprattutto con la centrale solare termica de La Florida, in Extremadura, da 50 MW di potenza.

D’altra parte, la Spagna presenta le condizioni ideali per installare centrali solari termiche: abbondanti ore di sole e vaste aree desertiche.

Qui, i primi impianti pilota, vennero realizzato all’inizio degli anni ’80 del Novecento, a Tabenas (Almería).

Nel 2007, a Sanlúcar la Mayor (Siviglia), è stato commissionato il primo impianto solare termico a torre PS10 commerciale al mondo. Nel 2011 erano in funzione 21 impianti, aventi capacità pari a 852,4 MW.

Sono in fase di sviluppo altri progetti in Paesi come Marocco, Algeria, Australia e Stati Uniti.

Decisamente ambizioso è i l progetto Desertec, che prevede di coprire entro il 2050 il 15% del fabbisogno europeo di energia elettrica, mediante la creazione di fabbriche in aree come il deserto del Sahara.

Secondo tale progetto, parte dell’ energia generata resterebbe a disposizione dell’area locale dove viene prodotta, mentre il calore prodotto residuo potrebbe essere utile per desalinizzare l’acqua marina.

L’energia solare termoelettrica in Italia

Attualmente, in Italia, ci sono tre impianti. Il più grande è il progetto Archimede dell’Enel, a Priolo Gargallo, vicino Siracusa. Gli altri due si trovano invece a Massa Martana e a Casaccia, vicino Roma.

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Ultimo aggiornamento il 23 Luglio 2024 da Rossella Vignoli