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    Rinnovabili | Il potere della luce

    Il Sole è la stella più vicina alla Terra e grazie alla sua luce influenza gran parte della nostra vita senza che ce ne rendiamo conto.

    L’alternarsi delle stagioni, del giorno e della notte, la meteorologia, la fotosintesi; per citarne alcuni, sono fenomeni che senza questa stella non esisterebbero.

    Il diametro esterno di 1.392.000 Km è circa 109 volte più grande di quello della terra, ha una temperatura superficiale di 5500° e dista da noi circa 149.600.000 Km. La sua origine risale a circa 4,6 miliardi di anni fa.

    A partire dalla comparsa dell’uomo sulla Terra, il Sole è sempre stato sfruttato per sopperire a bisogni primari come scaldarsi, cuocere il cibo o scandire il tempo, e per alcune culture preistoriche era addirittura una divinità.

    Grazie allo sviluppo tecnologico avvenuto a partire dall’800 ad oggi, passando per la scoperta dell’effetto fotovoltaico del 1839, siamo ormai in grado di sfruttare al meglio l’energia del Sole per produrre energia elettrica rinnovabile tramite gli impianti fotovoltaici.

    Siamo in grado di illuminare le nostre case, ricaricare le auto elettriche, utilizzare la lavatrice e la lavastoviglie, senza utilizzare combustibili fossili, ma semplicemente grazie all’energia del Sole.  

    Come riusciamo a “catturare” la luce?

    Passando attraverso l’atmosfera, l’intensità della radiazione solare si riduce perché in parte riflessa e assorbita.

    La potenza termica che raggiunge una determinata superficie, ortogonale ai raggi del sole, si misura in W/m² (Watt per metro quadro) ed è la somma di tre componenti della radiazione solare:

    • Radiazione diretta;
    • Radiazione diffusa;
    • Radiazione riflessa;

    La radiazione diretta è quella che giunge “direttamente” dal Sole; si può immaginare come una linea retta che parte dal sole e arriva al suolo, ed è quella che concorre maggiormente nella produzione di energia elettrica mediante gli impianti fotovoltaici.

    La radiazione diffusa è quella radiazione che viene assorbita e “distribuita” in varie direzioni dalle nuvole, dal cielo ecc.

    La radiazione riflessa, o di albedo, è invece quella radiazione che come dice il nome, viene “riflessa” dalla superficie terrestre; un esempio è la luce che viene riflessa dalla neve bianca durante l’inverno.

    Radiazione diretta, diffusa e riflessa | elettronauti. It
    Radiazione diretta diffusa e riflessa | elettronauti It

    Tutte e tre le radiazioni consentono agli impianti fotovoltaici di produrre energia elettrica; infatti anche durante una giornata particolarmente nuvolosa, grazie alla radiazione diffusa dalle nuvole, la produzione dei moduli fotovoltaici non è pari a zero, seppur inferiore rispetto a quella che si può riscontrare durante una giornata di sole.

    Per sfruttare maggiormente la radiazione riflessa, da qualche anno sono presenti sul mercato i moduli fotovoltaici bifacciali, dotati di celle fotovoltaiche anche sulla parte posteriore e in grado di captare le radiazioni riflesse dal terreno sottostante; sono particolarmente utili negli impianti fotovoltaici installati a terra o su pensiline, per aumentare la produttività a parità di superficie occupata.

    Modulo fotovoltaico bifacciale lg | elettronauti. It
    Modulo fotovoltaico bifacciale lg | elettronauti It

    L’energia elettrica prodotta dagli impianti fotovoltaici si definisce “rinnovabile” perché il Sole è una risorsa naturale, inesauribile e non inquinante, e non prevede lo sfruttamento di combustibili fossili.

    Come funziona un impianto fotovoltaico?

    Un insieme di celle fotovoltaiche unite elettricamente in serie tra loro crea un modulo fotovoltaico, un insieme di moduli fotovoltaici collegati nello stesso telaio crea un pannello, un insieme di pannelli fotovoltaici collegati in serie crea una stringa e più stringhe collegate in parallelo tra di loro costituiscono un impianto fotovoltaico (o generatore).

    Cella, modulo, pannello, stringa, generatore | elettronauti. It
    Cella modulo pannello stringa generatore | elettronauti It

    Le singole celle fotovoltaiche sono costituite da silicio, un semiconduttore la cui capacità di condurre può essere variata in laboratorio mediante un processo chiamato “drogaggio”.

    La cella fotovoltaica è costituita da due strati, uno più “ricco” di elettroni che prende il nome di “P” (drogato positivamente) e l’altro in cui ve ne sono di meno che prende il nome “N” (drogato negativamente); la giunzione di questi due strati si chiama P-N.

    Schematizzazione giunzione-p-n wikipedia | elettronauti. It
    Schematizzazione giunzione p n wikipedia | elettronauti It

    In questa giunzione si ha un passaggio di cariche positive da P a N e di cariche negative da N a P e si genera quindi un campo elettrico.

    Quando la “luce” del sole, quindi i fotoni, colpiscono la cella, gli elettroni più esterni all’atomo si sganciano e grazie al campo elettrico vanno tutti in un’unica direzione, generando quindi una corrente continua tra i due strati.

    I moduli fotovoltaici sono collegati ad un Inverter, che converte la corrente continua generata dai moduli fotovoltaici in corrente alternata utilizzabile all’interno delle nostre case o attività commerciali.

    La soluzione alla mancanza di luce: l’accumulo

    Il limite di questa tecnologia è principalmente legato alla sua intermittenza, infatti la presenza del sole è legata sia al numero di ore solari nell’arco della giornata, maggiore nei mesi estivi e inferiore in quelli invernali, che ai fattori meteorologici avversi che possono influenzare la produzione degli impianti fotovoltaici durante le ore di sole.

    La soluzione a questo problema è la batteria di accumulo; questo sistema permette di immagazzinare l’energia elettrica prodotta in eccesso durante la giornata, e di utilizzarla durante le ore notturne in cui l’impianto fotovoltaico non produce, oppure nelle giornate in cui la produzione è troppo bassa rispetto alle esigenze dell’abitazione.

    In questo modo si è in grado di sopperire parzialmente o totalmente all’intermittenza del sole nell’arco della giornata.

    Rinnovabili | il potere della luce | elettronauti. It
    Bluetti batterie daccumulo per il fotovoltaico | elettronauti It

    Tutti i moderni impianti fotovoltaici dotati di un sistema di accumulo lavorano con la seguente logica:

    1. La produzione dell’impianto fotovoltaico va a soddisfare prima di tutto la richiesta di energia elettrica delle utenze;
    2. Se la produzione dell’impianto fotovoltaico è maggiore rispetto al fabbisogno delle utenze, questa energia in eccesso viene immagazzinata in batteria;
    3. Se la batteria è già piena e c’è una produzione in eccesso, questa energia viene immessa in rete ed utilizzata da altri utenti; l’energia immessa in rete verrà contabilizzata e pagata tramite un apposito contratto;
    4. Di notte, o se la produzione dell’impianto fotovoltaico non è sufficiente, la batteria si scarica e va ad alimentare le utenze; la batteria non andrà mai a scaricare energia in rete;
    5. Se la produzione dell’impianto fotovoltaico è troppo bassa e la batteria è scarica, allora la casa va a prelevare energia elettrica dalla rete pubblica;
    Schema di funzionamento accumulo | elettronauti. It
    Schema di funzionamento accumulo | elettronauti It

    Il fotovoltaico in dati

    Secondo i dati riportati dal GSE, al 31 marzo 2023 in Italia risultano installati 1.329.000 impianti fotovoltaici, per una potenza complessiva superiore a 26 GW.

    Per capire lo sviluppo di questo settore basta pensare che in Italia nel 2010 risultavano attivi “solamente” 160.963 impianti per una potenza complessiva di 3,59 GW.

    Di seguito si riportano due interessanti grafici estrapolati dalla rivista di settore Solare B2B; il primo mostra la composizione del fabbisogno energetico in Italia ad aprile 2023 in confronto allo stesso periodo del 2022, il secondo mostra il peso del fotovoltaico sulla produzione netta nazionale.

    Composizione fabbisogno energetico in italia, solare b2b | elettronauti. It
    Composizione fabbisogno energetico in italia solare b2b | elettronauti It
    Peso del fotovoltaico sulla produzione netta nazionale, solare b2b   | elettronauti. It
    Peso del fotovoltaico sulla produzione netta nazionale solare b2b | elettronauti It

    A livello europeo nel 2022 gli impianti eolici e fotovoltaici hanno generato il 22% dell’energia consumata, superando il gas fossile che è rimasto al 20%.

    Questo ci ha permesso anche di fronteggiare meglio la crisi energetica che si è creata a seguito dello scoppio della guerra russo-ucraina.

    Per l’Europa quello del solare è un campo in cui si registrano importanti investimenti, perché riconosciuto come un metodo per produrre energia pulita e a basso costo.

    Riflessioni finali

    Se come si è detto all’inizio dell’articolo l’uomo ha da sempre sfruttato l’energia del Sole per soddisfare i bisogni primari, questa affermazione è valida ancora oggi.

    Con il progredire della tecnologia sono cambiati i nostri bisogni ed cambiato il modo di soddisfarli, per esempio siamo in grado di generare energia elettrica sfruttando il Sole.

    Si può quindi dire che il “potere della luce” copre da sempre un ruolo fondamentale nella società, e anche in ottica della transizione ecologica in atto, rivestirà un ruolo sempre più importante.


    Possiedi un impianto fotovoltaico? Se no, stai valutando di farlo?

    Fonte 1 | Fonte 2 | Fonte 3

    Lorenzo
    Lorenzo
    Appassionato di tutte le forme di energia, in particolare di quelle rinnovabili, che credo siano il vero valore aggiunto per una mobilità sostenibile. Con le auto elettriche è stato amore grazie ad un retrofit tra i banchi di scuola.

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