E' la tecnologia che converte direttamente l'irradiazione solare in energia elettrica. I pannelli sono composti da unità di base, le celle fotovoltaiche, che praticamente si comportano come delle minuscole batterie in seguito all'irraggiamento solare. Il materiale usato per le celle fotovoltaiche commerciali è il silicio e poiché si richiede una sua certa purezza, i prezzi sono tuttora elevati, sebbene in costante diminuzione, il che comporta che questa tecnologia debba essere incentivata economicamente. La durata media di un impianto è di circa 25-30 anni, la ricerca sperimentale sta rendendo sempre più efficiente il rendimento degli impianti che vengono utilizzati da aziende, edifici pubblici, da una domanda energetica diffusa.
Cosa posso fare a casa mia?
In Italia, grazie alla nostra latitudine favorevole, possiamo utilizzare in maniera consistente l'energia solare per produrre energia elettrica con pannelli solari fotovoltaici da utilizzare direttamente nelle case. I pannelli possono essere montati su tetti inclinati, terrazzi piani, pareti verticali, aree libere. L'orientamento ideale per un impianto è nel quadrante sudest - sudovest.
Come funziona?
Questa tecnologia ha la particolare capacità quando esposto al sole di convertire la radiazione solare in corrente elettrica. Questa conversione avviene per mezzo di celle fotovoltaiche che devono essere collegate elettricamente tra loro e formare dei moduli che devono essere orientati in il più possibile perpendicolarmente alla radiazione solare.
L'impianto fotovoltaico è costituito da pannelli, da un inverter (che serve a trasformare la corrente elettrica continua prodotta dal pannello in alternata utilizzabile dalle utenze), da un contatore se la corrente viene immessa in rete o da un accumulatore.
A cosa serve?
L'energia elettrica prodotta può essere utilizzata per tutte le utenze domestiche che richiedono per il funzionamento consumo di energia elettrica (elettrodomestici, illuminazioni, computer, ecc...) con il vantaggio di non produrre emissioni inquinanti e una volta coperto il costo dell'installazione di avere energia elettrica gratuita.
Quali tipi di impianti esistono?
Gli impianti in circolazione sul mercato sono principalmente di due tipi: in silicio amorfo (più economici) o mono e policristallino (più costosi ma anche più efficienti). A seconda della tecnologia installata occupano superfici di grandezza diversa con efficienza e costi differenti.
I pannelli solari fotovoltaici si differenziano anche per la connessione a meno alla rete.
Gli impianti stand-alone sono quelli in cui l'energia elettrica prodotta in eccesso viene accumulata all'interno di batterie e poi utilizzata in momenti di scarsa insolazione o di buio. Sono meno efficienti ma utili per utenze isolate, illuminazioni, ripetitori radio, ecc.
Gli impianti grid-connected sono invece connessi alla rete elettrica, in questo caso l'energia elettrica non consumata viene immessa nella rete, contabilizzata e può essere utilizzata da altre utenze.
Quanto costano?
Il costo per un impianto fotovoltaico varia ovviamente in base alla tecnologia e alle esigenze:
il costo a kW installato si aggira intorno ai 1,8-3mila euro circa. Un impianto da 3 kW con moduli in policristallino (che occupa circa 22mq su falda inclinata o 45mq su un tetto piano) ha un costo di circa 8 mila euro, comprensivo di inverter, staffe di supporto, progettazione dell'impianto, installazione elettrica e meccanica, collaudo finale. La durata media di impianto fotovoltaici si aggira intorno ai 25-30 anni.
Il costo dell'impianto viene ammortizzato nel corso degli anni grazie alla detrazione fiscale del 50% abbinata al servizio di scambio sul posto. Possono accedere alla detrazione fiscale tutte le persone fisiche che installano un impianto di potenza fino a 20 kWp posto direttamente al servizio dell'abitazione.
Quanto posso risparmiare?
Questo sistema rende conveniente installare un impianto solare fovoltaico sul tetto delle abitazioni. Per calcolare il dimensionamento ottimale di un impianto fotovoltaico per uso domestico occorre partire dai consumi annuali della propria abitazione.
Come procedere:
Sono gli impianti a energia rinnovabile più diffusi sui tetti degli edifici italiani e quelli con maggiori potenzialità di sviluppo. Permettono di trasformare l'energia irradiata dal sole in energia termica, ossia calore, per la produzione di acqua calda sanitaria, per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti, per scaldare le piscine, per i processi industriali. La tecnologia solare termica è matura ed affidabile, con impianti che hanno una vita media di oltre 20 anni e tempi di ritorno dell'investimento molto brevi.
Come funziona un pannello solare termico?
All’interno dei pannelli solari è presente “una serpentina” in cui scorre il fluido termovettore (di solito una miscela di acqua e glicole) che, grazie all’azione termica del sole, si riscalda. Il calore accumulato viene poi ceduto mediante uno scambiatore all’acqua sanitaria contenuta in un serbatoio e distribuita alle varie utenze. In Italia si considera che per fornire il 100% (80% annuale) di energia per il riscaldamento dell’acqua sanitaria (bagno e cucina) nei mesi estivi sono necessari 0,6 mq di pannelli a persona nelle regioni del sud e 1,2 mq per persona in quelle del nord.
Se si vuole raggiungere una quota significativa del riscaldamento degli ambienti con i pannelli solari termici si devono installare più mq di pannelli (tra 0,5 e 1 metro quadrato ogni 10 metri quadrati di superficie dell'abitazione a seconda della classe di efficienza della costruzione, non superando comunque il doppio della superficie di pannelli prevista per la sola produzione di ACS). Un impianto solare termico ben dimensionato riesce a coprire totalmente il fabbisogno di acqua calda sanitaria nei sei mesi più caldi, mentre nei rimanenti mesi freddi è necessaria l’integrazione di una caldaia (meglio se a condensazione, a metano o a biomasse) per portare l’acqua parzialmente riscaldata dall'impianto solare alla temperatura desiderata.
Come funziona un pannello solare termico?
I pannelli solari sono una componente di un impianto solare termico. Di norma, all’interno vi scorre una miscela di acqua e glicole antigelo che, grazie all’azione termica del sole, tende a scaldarsi; il calore raccolto verrà poi ceduto all’acqua sanitaria contenuta in un serbatoio specifico in modo diverso a seconda della tipologia impiantistica.
A cosa serve?
L’energia termica prodotta con un impianto solare termico può essere utilizzata per:
Le applicazioni vanno quindi dagli usi residenziali mono e bi-familiari, alle utenze collettive (condomini, centri sportivi, ospedali, alberghi), alle utenze industriali, fino al riscaldamento di interi quartieri (teleriscaldamento).
Quali tipi di impianti esistono?
Semplificando la classificazione, possono essere di due tipi:
A circolazione naturale:
Sono gli impianti che sfruttano il principio naturale secondo cui un fluido più caldo tende a spostarsi verso l’alto, mentre un fluido più freddo tende a scendere verso il basso. In questo caso il serbatoio di accumulo termico è posto al di sopra del pannello (sul tetto come nella foto oppure nel sottotetto come nella figura). Il fluido termovettore, una volta riscaldato dalla radiazione solare, sale direttamente nel serbatoio e trasferisce il suo calore all’acqua in esso contenuta. Una volta che il fluido termovettore si è raffreddato (e quindi ha trasferito tutto il suo calore all’acqua del serbatoio) scende di nuovo nel pannello e ricomincia il ciclo. Questa tecnologia necessita semplicemente dei collettori solari, di un serbatoio/scambiatore, della raccorderia e di una struttura di fissaggio. Le superfici e le dimensioni variano a seconda delle esigenze termiche. Gli impianti solare termici a circolazione naturale hanno i vantaggi degli impianti semplici: un funzionamento senza pompa elettrica e centraline, una installazione rapida, una bassa necessità di manutenzione. Per impianti di dimensioni contenute e in località dal clima non particolarmente rigido, la soluzione della circolazione naturale risulta interessante per semplicità, compattezza e costi contenuti.
A circolazione forzata:
Si tratta di quei sistemi in cui si rende necessario, per la regolazione del flusso, l’inserimento di un sistema automatico. La circolazione forzata si rende necessaria in tutti quei casi in cui, per qualsiasi motivo, non sia possibile collocare il serbatoio in posizione sopraelevata rispetto al collettore. In questo tipo di impianti la presenza di una pompa elettrica permette la circolazione del fluido termovettore dai collettori (più in alto) al serbatoio (più in basso). Se è vero che questo tipo di sistema risulta più complesso, costoso e bisognoso di accurato dimensionamento in ogni sua parte, oltre che di una manutenzione più frequente (in genere, con cadenza annuale) non bisogna affatto sottovalutare l’acquisizione di una notevole libertà di progettazione e di integrazione architettonica (il serbatoio è, in questo caso, completamente svincolato dai collettori), e di una maggiore adattabilità a qualsiasi condizione climatica. Oltre ai collettori solari, gli impianti a circolazione forzata sono completati da alcune apparecchiature (circolatore, centralina differenziale, sonde di temperatura, vaso di espansione).
Esiste anche una variante della circolazione forzata detta "circolazione forzata a svuotamento”. In questo tipo di impianto quando il sistema non sta trasferendo energia, il circolatore si ferma, così da permettere al fluido del circuito primario di portarsi dai pannelli (che si svuotano) all’interno di un serbatoio di drenaggio. Ciò protegge il fluido da temperature critiche nei collettori solari quando il sistema non è attivo.
Impianti solare termici: collettori piani o a tubi sottovuoto?
I collettori possono essere piani (come nelle immagini precedenti) oppure sottovuoto come nella figura qui accanto. I collettori solari realizzati con tubi sottovuoto sono progettati con lo scopo di ridurre le dispersioni di calore verso l’esterno . Considerato un costo maggiore rispetto ai collettori piani, ne viene consigliata l'adozione nei casi in cui si richiedano temperature dell'acqua più elevate e/o nelle regioni caratterizzate da un clima più rigido.
Quanto costano?
La forbice dei prezzi è ampia, a seconda che si tratti di circolazione naturale o forzata e, ancora, di impianti per la sola produzione di ACS o di impianti "combisystem" (produzione ACS + riscaldamento ambienti). Un impianto a circolazione naturale con 2-3 mq di collettori piani e con un serbatoio di accumulo da 150/200 litri per la produzione di acqua calda sanitaria (utile a soddisfare il fabbisogno di 2-4 persone) può costare tra i 1.300 e i 3.000 euro (sono escluse l’installazione, la manodopera e l’IVA). Per un impianto più grande, sempre a circolazione naturale, con 4 mq di collettori piani e con un serbatoio di accumulo da 300 litri, utile a soddisfare il fabbisogno di 4 persone a secondo della zona climatica, si può considerare un costo che può andare dai 2.000 ai 4.000 euro (sono escluse l’installazione, la manodopera e l’IVA).
Per un impianto a circolazione forzata con 5mq di collettori piani e con un serbatoio di accumulo da 300 litri per l'acqua sanitaria (utile a soddisfare il fabbisogno di circa 5 persone) si può considerare un costo tra i 3.000 euro e i 4.500 euro (sono escluse l’installazione, la manodopera e l’IVA). Un impianto più grande a circolazione forzata, che possa contribuire anche al riscaldamento degli ambienti, da 10 mq di collettori piani e con 1.000 litri di serbatoio (per una famiglia da 5 persone in una casa con un sistema di riscaldamento a pavimento) può avere un costo indicativo di circa 10.000 euro (sono escluse l'installazione, la manodopera e l'IVA).
Non è possibile stimare il costo di posa in opera degli impianti senza che prima sia stato effettuato un sopralluogo utile per verificare il sito ritenuto idoneo dal cliente, la distanza tra impianto solare e rete idrica del fabbricato da servire, tipo di caldaia esistente con la quale l’impianto solare dovrà necessariamente interfacciarsi, spazio a disposizione nella centrale termica, e altri elementi.
Quanto posso risparmiare?
Un impianto solare termico permette di risparmiare sulle bollette elettriche e/o del gas con tempi di rientro dall’investimento molto vantaggiosi:
Negli anni successivi l'energia prodotta dall’impianto solare termico è gratuita. Questi tempi di ammortamento si dimezzano usufruendo della detrazione fiscale del 55% per la riqualificazione energetica degli edifici (vedi qui di seguito). Dei pannelli solari ben dimensionati, in media, soddisfano il 70% circa del fabbisogno di acqua calda sanitaria di un’abitazione. Se si utilizza il solare anche per integrazione al riscaldamento domestico il fabbisogno complessivo che si soddisfa potrebbe arrivare fino al 40%.
La produzione di energia elettrica dal vento può essere realizzata anche attraverso aerogeneratori di altezza e potenza ridotte (10-20 metri, e anche meno), in grado di servire utenze diffuse (aziende agricole, imprese artigianali, utenze domestiche, ecc.) e risultare integrati in paesaggi agricoli. In Italia questo modello eolico diffuso sta compiendo oggi i primi passi, ma ha importanti potenzialità proprio per le caratteristiche del territorio italiano e del vento presenti.
Questa tecnologia dovrebbe vivere un forte rilancio nei prossimi mesi e anni in seguito alla pubblicazione del DM 18 Dicembre 2008 (il cosidetto Decreto Rinnovabili) e la successiva delibera dell'AEEG (Delibera ARG/elt 1/09). Questo decreto rende operativa la tariffa omnicomprensiva di 30 €cent per ogni kWh prodotto da impianti eolici di taglia non superiore a 200 kW.
Come funzionano gli impianti eolici? Le pale eoliche sono di fatto aerogeneratori che incanalano l'energia del vento, trasformandola in energia meccanica e in seguito in energia elettrica, utilizzabile così dalle utenze finali.
Sebbene l'eolico sia una forma di energia rinnovabile piuttosto impegnativa, grazie alla tecnologia odierna gli impianti possono avere dimensioni variabili, con altezza, estensione e potenza molto differenti tra loro: si passa infatti dai parchi eolici al mini eolico, di utilizzo anche domestico. Proprio per questo in Europa si assiste ad una crescita esponenziale del numero di pale installate.
Il mini eolico in effetti è la nuova frontiera delle rinnovabili al servizio dei cittadini, poiché consiste in pale di altezza ridotta (al di sotto dei 20 metri) in grado di creare una quantità di energia tale da soddisfare il fabbisogno di varie utenze: aziende di medio-piccole dimensioni, imprese agricole, stabilimenti residenziali.
Anche nel caso nell'energia eolica, è utile evidenziare la possibilità di accedere, su tutto il territorio nazionale, a tariffe agevolate, incentivi e facilitazioni.
Esistono due "geotermie". Quella classica relativa allo sfruttamento di sorgenti di calore, che provengono dalle zone più interne della Terra e quella a "bassa entalpia", relativa allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione invernale e al quale cederne durante la stagione estiva. Il primo tipo di geotermia, riguarda la produzione di energia elettrica (vd Lardarello) e le acque termali (Aqui Terme in Piemonte, Abano Terme in provincia di Padova, Lazise e Caldiero in provincia di Veorna, Ferrara in Emilia etc.) utilizzate a fini di riscaldamento.
L'energia geotermica a bassa temperatura/entalpia (utilizzata per far funzionare le pompe di calore a sonda geotermica), è invece quella "geotermia" con la quale qualsiasi edificio, in qualsiasi luogo della terra, può riscaldarsi e raffrescarsi, invece di usare la classica caldaia d'inverno ed il gruppo frigo d'estate.
Le pompe di calore a sonda geotermica sono dei sistemi elettrici di riscaldamento (e raffrescamento) che traggono vantaggio dalla temperatura relativamente costante del suolo durante tutto l'arco dell'anno. Le sonde geotermiche sono degli scambiatori di calore (dei tubi) interrati verticalmente (od orizzontalmente) nei quali circola un fluido termoconduttore. Durante l'inverno l'ambiente viene riscaldato trasferendo energia dal terreno all'abitazione mentre durante l'estate il sistema s'inverte estraendo calore dall'ambiente domestico e trasferendolo al terreno.
L'energia idroelettrica rappresenta uno dei primi tentativi di produrre energia sfruttando le risorse naturali: la forza gravitazionale dell'acqua viene trasformata in energia cinetica, la quale a sua volta viene convertita in energia elettrica.
Il meccanismo è solitamente potenziato dalla costruzione di dighe o dislivelli forzati in grado di incanalare l'energia potenziale dell'acqua e di sfruttarla grazie ad apposite turbine e centrali.
La potenza di un impianto dipende dalla portata del corso d'acqua coinvolto e dall'entità del dislivello creato.
Negli ultimi anni stiamo assistendo all'avanzata del mini idroelettrico, ossia di centrali che sfruttano sempre la potenzialità dell'acqua, assumendo però una potenza installata ridotta (tra i 10 e i 30 megawatt). Ciò permette di continuare a produrre energia rinnovabile, utilizzando però strutture a minor impatto ambientale e paesaggistico: gli impianti hanno dimensioni ridotte, non si rende necessaria la costruzione di grosse dighe, non si incide pesantemente sulle condizioni idrogeologiche del territorio.
Per definizione la biomassa è un materiale di origine organica derivante da elaborazioni fotosintetiche. Il termine in sé indica materiali che vanno dai residui agro-forestali agli scarti dell'industria zootecnica, ai rifiuti organici urbani. Insomma, l'importante è che si tratti di materiale di natura organica.
E come si ottiene energia dalla biomassa? Bruciandola. A differenza dunque di altre risorse naturali a nostra disposizione (vento, sole) affinché l'utilizzo di biomassa sia riproducibile nel tempo, deve essere mantenuta una corretta ciclicità: la quantità di materiale sfruttato deve essere ricostituito.
La produzione di energia da biomassa, implicando la combustione degli elementi organici coinvolti, causa l'immissione di anidride carbonica nell'atmosfera. E qui entra in gioco il secondo motivo per cui questa risorsa viene considerata rinnovabile: il legno bruciato sprigiona semplicemente la CO₂ che la pianta ha immagazzinato nel corso della sua vita (rilasciando in cambio ossigeno) perciò il ciclo si chiude con una situazione di parità tra CO₂ emessa e assorbita.
Non si può quindi dare per scontato la natura pulita e rinnovabile dell'energia prodotta da biomassa: è necessario considerare sempre il luogo d'origine del materiale di utilizzo e la sua ricostituzione, responsabilità dell'azienda produttrice, dei distributori e del consumatore finale.
Attualmente l'utilizzo di biomassa per la produzione energetica è riconducibile a due principali procedimenti. Il primo riguarda la produzione di energia elettrica in apposite centrali, in cui il vapore acqueo prodotto dalla combustione dei materiali organici viene incanalato in turbine a vapore, che a loro volta muovono un generatore elettrico.
Il secondo, per uso domestico, consiste nell'installazione di caldaie a biomassa collegate a un impianto di riscaldamento in grado di sfruttare il calore della combustione e di distribuirlo in tutto l'edificio.
Cogenerazione
Il CHP (cogenerazione) è una generazione sequenziale o simultanea di due diverse forme di energie (meccanica e termica), partendo da una singola fonte energetica, attuata in un unico sistema integrato. Di solito i sistemi CHP sono formati da un motore primario, un generatore, un sistema di recupero termico e interconnessioni elettriche configurati in un unico sistema integrato.
Il motore primario è un qualunque motore usato per convertire il combustibile in energia meccanica, il generatore la converte in energia elettrica, mentre il sistema di recupero termico raccoglie e converte l'energia contenuta negli scarichi del motore primario, in energia termica utilizzabile. L'energia meccanica prodotta dal motore primario è spesso utilizzata da un generatore di energia elettrica, ma potrebbe in alternativa alimentare compressori, pompe e ventilatori. L'energia termica ottenuta dal sistema di recupero termico può essere usata o direttamente in alcuni processi, o indirettamente per produrre vapore, acqua calda, aria calda per l'essiccamento o acqua fredda per processi di raffreddamento.
Combinando la generazione elettrica e termica in un unico processo, i sistemi CHP possono raggiungere un'efficienza di produzione di energia elettrica che varia dal 50% al 70%, a fronte di un'efficienza media del 33%, per il singolo impianto di energia elettrica.
Vantaggi e svantaggi
Un impianto convenzionale di produzione di energia elettrica ha una efficienza di circa il 35%, mentre il restante 65% viene disperso sotto forma di calore, con un impianto di cogenerazione, invece, il calore prodotto dalla combustione non viene disperso, ma recuperato per altri usi; l'efficienza media di una macchina di cogenerazione di piccola potenza supera il 90%.
Gli aspetti più interessanti che rendono la cogenerazione una soluzione attraente sono:
Trigenerazione
La trigenerazione implica la produzione contemporanea di energia meccanica (elettricità), calore e freddo utilizzando un solo combustibile.
La trigenerazione, tecnologia che produce energia recuperando e convertendo il calore di residuo in freddo, è costituita da sistemi di CHP combinati con gruppo frigo ad assorbimento.
Il gruppo frigo ad assorbimento, l'apparato che produce freddo, utilizzando il calore del processo di cogenerazione, è la seconda parte più importante di un impianto di trigenerazione.
Vantaggi