Energia solare a casa: introduzione

Energia solare a casa: introduzione

L'emergenza ambientale è ormai al livello di guardia, tanto da minacciare seriamente la sopravvivenza stessa del pianeta. L'Italia ha sottovalutato l'importanza di un piano energetico efficiente e sostenibile, economicamente e strutturalmente.
Uno dei temi favoriti dai fautori della politica ambientale è quello delle cosiddette "energie rinnovabili", considerate alternative praticabili in vista dello sganciamento dalla dipendenza dai combustibili fossili: petrolio, gas e carbone.
Ciò, allo stato dell'arte, è vero solo in piccola parte; tuttavia il contributo che queste forme di produzione energetica possono fornire è importante e merita attenzione e approfondimento.
In questo articolo introduttivo illustrerò le caratteristiche legate agli impianti civili (per le abitazioni) per lo sfruttamento dell'energia solare.
Cercherò di illustrarne le potenzialità con chiarezza, concentrandomi sulle caratteristiche tecniche dei più diffusi impianti.

L'energia solare può essere sfruttata sia per generare calore, sia per trasformare l'irraggiamento solare in energia elettrica. Nel primo caso si parla di sfruttamento solare - termico dell'energia solare; nel secondo caso ci si riferisce ad impianti fotovoltaici.

Tecnologia Solare termica

La radiazione solare, intuitivamente calda, è in grado di riscaldare con facilità gli oggetti che ne vengono irradiati. L'esperienza comune offre decine di esempi su quanto l'esposizione al sole abbia il potere di riscaldare qualunque oggetto in qualsiasi stagione. Anche nella giornata più fredda l'interno di un'automobile esposta al sole si riscalda rapidamente grazie all'irraggiamento sulla carrozzeria ed attraverso i vetri.

Se una piastra scura di un materiale particolarmente sensibile ai raggi solari, con all'interno un incavo nel quale possa scorrere un fluido, viene posta direttamente sotto l'influsso dei raggi solari, sarà in grado di trasmettere al fluido una quantità di calore proporzionale all'intensità della radiazione solare.
Già, perché va subito detto che il sole non irradia la propria energia in maniera identica su tutta la terra. Dipende dalla latitudine, dalle stagioni e dalle condizioni atmosferiche: a Milano, in dicembre e con il cielo plumbeo e nebbioso, è naturale che l'irraggiamento solare sia inferiore a quello che ci potrebbe essere su di un monte siciliano, in giugno in una splendida e ventilata giornata.

La piastra che permette lo scambio di calore tra le radiazioni solari ed il fluido si chiama più correttamente collettore e dal punto di vista strutturale è un po' più complessa di quanto l'intuito farebbe immaginare. Essa deve infatti non solo attrarre le radiazioni solari, ma anche proteggersi dall'atmosfera, che tenderebbe a rubargli immediatamente il calore generato. Per cui è necessario che la piastra sia ricoperta da lastre trasparenti, che sia isolata termicamente e che sia protetta da un involucro a prova di agente atmosferico. Tutto questo insieme costituisce il appunto il collettore.

Potremmo a questo punto immaginare di utilizzare, quale fluido all'interno del collettore, della semplice acqua, che una volta riscaldata sarebbe sfruttata per farsi una doccia calda.
Il problema è che, a meno che il collettore non sia grande quanto un intero tetto di abitazione, dopo pochi secondi l'acqua calda finirebbe giacché la velocità con la quale un collettore riscalda l'acqua non è paragonabile a quella di uno scaldabagno elettrico.
Si pone perciò il problema di accumulare l'acqua calda prodotta e di mantenerla calda fino al suo utilizzo. Ecco che si rende necessario un vero e proprio impianto formato dal collettore, da un circuito che mandi l'acqua fredda al collettore e che la canalizzi verso l'utilizzazione quando è stata scaldata, da un serbatoio di raccolta dell'acqua del tutto simile ad un "boiler" in grado di conservare l'acqua ad una temperatura la più elevata possibile.

Per quanto un serbatoio possa essere efficiente ed isolato non riuscirà mai a conservare molta acqua calda per molto tempo senza cedere un po' di calore. Ecco perché gli impianti solari-termici sono adatti quando l'utilizzo di acqua calda non necessiti di temperature superiori a 40, 50, al massimo 60 gradi. L'ideale quindi per gli utilizzi igienico sanitari; pressoché inutilizzabili per il riscaldamento abitativo che necessità di un circuito d'acqua interno a temperature di almeno 60, 70 gradi.

C'è chi sostiene che con un sistema di riscaldamento a pannelli si possa in effetti riscaldare l'ambiente per mezzo di un impianto solare - termico a fluido: ritengo rischioso non prevedere la possibilità di riscaldare l'acqua del circuito, almeno nelle giornate più grigie, con una normale caldaia a gas.

Se al posto del fluido venisse condotta all'interno dei collettori dell'aria, sarebbe possibile riscaldare l'ambiente attraverso aria calda forzata, ma l'impianto è ancora piuttosto costoso e tecnologicamente non pienamente affidabile. Se è difficile immagazzinare acqua calda figuratevi quanto lo sia conservare aria calda!

Nessun impianto solare termico è comunque in grado di coprire interamente il fabbisogno di acqua od aria calda di una normale abitazione. Nelle zone centrali d'Italia si stima che un impianto solare - termico efficiente e con buone prestazioni non possa fornire più del 65% del fabbisogno medio. E non vale nemmeno la pena di ingrandire a dismisura l'ampiezza della superficie irradiata, affiancando collettori a collettori: il costo dell'ampliamento dell'impianto inchioda comunque il rendimento globale a non più del 60% medio. Perciò, chiunque desideri dotarsi di un impianto solare termico dovrà comunque provvedere ad affiancare ad esso un impianto tradizionale per il restante 40% di fabbisogno richiesto.
Il 60% del fabbisogno non è comunque poco e gli impianti solari-termici meritano una diffusione maggiore rispetto a quanto lo siano a tutt'oggi!

In questo articolo non tratterò dei costi degli impianti, tema al quale sarà dedicato un articolo a parte. Mi limito però a segnalare che, tolti i costi di ammortamento che di solito si estinguono nei primi cinque anni (su di una vita media dell'impianto fissato a vent'anni) il risparmio può poi stabilizzarsi attorno al 60/70% circa. E giusto ricordare inoltre che i costi dei combustibili tradizionali cresceranno sempre più, mentre le tecnologie legate agli impianti solari si stanno, seppur lentamente, evolvendo verso una maggior efficienza ed economicità.

Tecnologia fotovoltaica

Spiegare come sia possibile che l'irradiazione solare possa essere trasformata in energia elettrica è un po' più complesso, ma non impossibile.
La trasformazione è possibile grazie alle caratteristiche di alcuni materiali detti semiconduttori. Il silicio è uno di questi, ma la ricerca sta mettendo a punto nuovi materiali ancora più efficienti ed economici, i quali rappresenteranno senz'altro la nuova generazione di celle fotovoltaiche.

Una cella fotovoltaica è appunto una piccola struttura, simile intuitivamente ad un piccolissimo collettore solare-termico, ma che non ha ne una piastra che riceve radiazioni solari ne un fluido col quale scambiare calore. La cella espone al sole direttamente dei piccoli componenti si silicio, che sottoposti alla radiazione solare, producono una minuscola energia elettrica.
Più componenti collegate insieme formano un cella fotovoltaica; più celle collegate in serie formano il modulo fotovoltaico. Un modulo fotovoltaico ha una dimensione di circa mezzo metro quadrato (ce ne sono anche di più ampi) e produce, in condizioni ottimali, circa 40/50 watt di potenza. Un impianto costituito da due moduli è in grado, se posto ipoteticamente in Sicilia, di produrre in inverno circa 0,2/0,3 chilowattora, ed in estate circa 0,5/0,6 chilowattora.

Senza entrare in dettagli tecnici si evince facilmente quanto ancora sia poco efficiente la produzione elettrica fotovoltaica. 0,5 chilowattora riuscirebbero a malapena a far funzionare un frigorifero al meglio fra le classi energetiche.
Si può però affiancare più moduli fotovoltaici, arrivando ad impianti costituiti da 3, 6 o addirittura 20 metri quadrati di pannelli. In questo modo si potrebbe giungere alla generazione di potenze elettriche di tutto rispetto, simili se non superiori a quelle necessarie ad una abitazione media.
In Sicilia pero!! E d'estate! E solo di giorno e nelle ore centrali!

Già, perché la tecnologia fotovoltaica è ancora immatura ed è in grado di offrire rendimenti interessanti solo in condizioni ottimali. Una installazione al nord Italia, rende molto meno di una al sud. Inoltre è assai complicato accumulare energia elettrica, per cui a mezzodì si può contare su di un apporto energetico interessante, mentre la sera, quando sono accesi luci, televisori, lavastoviglie e ferri da stiro (durante il giorno, ahimé si lavora!), un impianto fotovoltaico contribuisce al fabbisogno per una percentuale molto bassa.

C'è chi dice che dotandosi di elettrodomestici a bassa tensione, lampadine a basso consumo (altamente consigliabili) e magari mandando i panni in stireria si può contare su di contributo consistente dal fotovoltaico. Ma temo che lo si possa fare pensando di utilizzare la casa solo per dormire e... dormire

I costi degli impianti fotovoltaici sono ancora piuttosto elevati tanto da renderli, a conti fatti, non particolarmente convenienti. Ogni impianto fotovoltaico deve essere comunque connesso alla rete elettrica nazionale, sia per sopperire alle necessità di assorbimento laddove l'impianto non arrivi come potenza prodotta (spessissimo), sia perché l'ente elettrico può accordarsi con il proprietario dell'impianto fotovoltaico affinché sia possibile l'immissione nella rete elettrica nazionale l'energia prodotta ma non utilizzata dall'utente, riconoscendo economicamente la cessione di energia.

Il vero problema degli impianti fotovoltaici è ancora costituito dal costo dell'impianto, ammortizzabile solo dopo lunghi periodi di tempo (più di dieci anni) nonostante che la vita media di una cella fotovoltaica non superi i vent'anni. Ciò rende inapplicabile una politica di ampia diffusione della tecnologia fotovoltaica.

La differenza fra la tecnologia solare-termica e quella fotovoltaica sta proprio nella effettiva efficienza e convenienza. La prima è consigliabile, la seconda meno.

In un prossimo articolo analizzerò la questione dal punto di vista economico, tenendo in considerazione anche gli incentivi governativi per la diffusione delle due tecnologie solari.

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