I pannelli solari
I pannelli solari sono sistemi in grado di convertire l’energia contenuta nella radiazione solare in altre forme di energia, ad esempio in energia elettrica o termica. A seconda della tipologia di energia prodotta si possono distinguere diversi tipi di pannelli solari, come fotovoltaici, termici, termodinamici e ibridi. Andiamo quindi a vedere tutte le principali forme di energia solare e le loro caratteristiche.
Vediamo ora quali sono le principali tipologie di pannello solare e come funzionano.
Il solare fotovoltaico è il tipo di pannello più diffuso e il più conosciuto. Ma cosa significa fotovoltaico? I pannelli fotovoltaici sfruttano, appunto, l’effetto fotovoltaico per produrre energia elettrica: quando un raggio solare colpisce il pannello, la superficie assorbe calore, eccitando alcuni elettroni, ovvero aumentandone l’energia. Se la superficie è composta da due materiali semiconduttori diversi tra i due si verrà a formare una tensione e gli elettroni eccitati continueranno a rimanere all’interno del materiale.
I pannelli fotovoltaici sono costituiti da moduli fotovoltaici e consistono in: una base di appoggio, un polimero per fare da collante, celle fotovoltaiche costituite da un materiale semiconduttore (spesso si parla di silicio monocristallino, policristallino o amorfo, che viene drogato con delle impurità, come fosforo e boro), un vetro temprato e una cornice esterna. In questo caso si parla di rendimenti attorno al 15-20%.
Il solare termodinamico, anche chiamato solare a concentrazione o solare termoelettrico, sfrutta il calore rilasciato della radiazione solare per riscaldare un fluido, chiamato fluido termovettore. Il fluido termovettore che scorre all'interno di serpentine metalliche è spesso composto da olio diatermico o sali fusi. Grazie ad uno scambiatore di calore, questo fluido riscaldato trasferisce successivamente il calore ad un secondo fluido, il quale alimenta una turbina a vapore. Dal moto del vapore è possibile generale energia elettrica grazie ad un alternatore. Esistono in commercio diversi tipi di collettori termodinamici: parabolici lineari, in cui il pannello ha una forma ricurva (simile ad una grondaia) e il fluido termovettore scorre all'interno di un tubo posizionato sull'asse centrale; a specchi lineari a riflettore Fresnel, con file di specchi piani inclinati che focalizzano la luce su tubi sopraelevati; a torre, con un sistema di specchi riflettenti che focalizzano la radiazione in un solo ricevitore; parabolico circolari, dove il pannello ha forma parabolica e il fluido termovettore è focalizzato in un solo punto. A differenza del solare fotovoltaico, questo tipo di solare funziona anche di notte o con cielo coperto, grazie alla presenza di serbatoi dediti all'accumulo di calore.
Il solare termico è un altro tipo di impianto solare, spesso installato nelle abitazioni domestiche al posto del fotovoltaico. Come si evince dal nome, la radiazione solare viene sfruttata per generare calore.Questo sistema è costituito da un collettore piano (cioè un pannello contenente una lastra di vetro, una piastra captante, dei tubi e del materiale isolante), all'interno del quale scorre un fluido termovettore. Una volta riscaldato, questo fluido raggiunge un serbatoio chiamato accumulatore, posto in alto. Il fluido caldo, infatti, scorre naturalmente verso l'alto a causa di una minor densità, sfruttando la cosiddetta circolazione naturale – anche se esistono sistemi più complessi che utilizzano la circolazione forzata.Il calore accumulato nel serbatoio viene poi scambiato con un secondo fluido, il fluido secondario, ovvero l'acqua potabile di casa, che, una volta riscaldata, viene chiamata acqua calda sanitaria.
Il solare ibrido è un sistema fotovoltaico e termico allo stesso tempo. Questo sistema è composto da due strati: quello superiore è formato da celle fotovoltaiche – cioè da un collettore fotovoltaico che converte una parte della radiazione in energia elettrica – mentre lo strato inferiore è formato da collettori solari termici dove scorre un fluido termovettore. In questo secondo strato si recupera il calore residuo proveniente dai raggi solari e dal surriscaldamento dei pannelli stessi. Per questa tipologia di pannelli si parla di un rendimento complessivo combinato (elettrico e termico) del 50-60%.