Il sole è una delle fonti di energia rinnovabile più promettenti degli ultimi anni, grazie alla sua capacità di fornire energia pulita e 100% sostenibile. Sin dalle antiche civiltà fino ai moderni sviluppi tecnologici, l'uomo ha cercato di sfruttare al meglio questa risorsa inesauribile.
In questo articolo, esploreremo la storia e l'evoluzione dell'energia solare, come funziona e come viene impiegata, i suoi principali vantaggi e svantaggi, e la situazione attuale in Italia. Inoltre, forniremo una panoramica su come gli impianti solari fotovoltaici trasformano la luce solare in energia elettrica, offrendo una soluzione concreta per il futuro energetico del nostro pianeta.
Da quanto tempo esiste l'energia solare?
L'energia solare, intesa come energia proveniente dal Sole, è una risorsa che esiste da miliardi di anni, fin dall'origine del nostro pianeta e del sistema solare. Tuttavia, il suo impiego da parte dell'uomo è una storia molto più recente.
Le antiche civiltà come Egizi, Greci e Romani utilizzavano l'energia solare per scopi pratici, come riscaldare le abitazioni e i bagni attraverso tecniche di costruzione e posizionamento strategico degli edifici. Un passo cruciale nella comprensione scientifica dell'energia solare avvenne nel 1839, quando il fisico francese Alexandre Edmond Becquerel scoprì l'effetto fotovoltaico, il principio per cui un materiale produce corrente elettrica quando è esposto alla luce solare.
Nel 1873, Willoughby Smith scoprì che il selenio è sensibile alla luce, aprendo la strada alla realizzazione delle prime cellule solari. Il progresso significativo si ebbe nel 1954, quando i Bell Laboratories svilupparono il primo pannello solare in silicio, segnando l'inizio dell'industria moderna del solare.
La crisi energetica degli anni '70 stimolò un grande interesse nella ricerca e nello sviluppo delle tecnologie solari come alternativa ai combustibili fossili.
Negli ultimi due decenni, il costo della tecnologia solare è diminuito drasticamente, rendendola una delle fonti di energia in più rapida crescita al mondo. Grazie agli incentivi governativi e ai progressi tecnologici, l'installazione di pannelli solari è diventata sempre più accessibile e diffusa.
Come funziona l’energia solare?
L'energia solare può essere impiegata per produrre elettricità e calore. Per poter comprendere meglio le potenzialità di questa risorsa energetica, è utile sapere come viene sfruttata l’energia solare, quali potenzialità possiede e quali sono i suoi vantaggi e svantaggi.
Il Sole emette radiazione elettromagnetica pari a circa 1360 W/m², ma solo una parte di essa raggiunge la Terra, poiché viene riflessa, deviata, assorbita e diffusa prima di toccare il suolo. Quella che arriva sulla superficie, con le giuste tecnologie, può essere utilizzata per generare calore ed elettricità. Quali sono i metodi principali per compiere queste funzioni?
- Solare fotovoltaico: la componente principale dell’impianto fotovoltaico sono i pannelli fotovoltaici, composti da una serie di celle fotovoltaiche, in grado di trasformare la radiazione solare in energia elettrica grazie alla presenza di un materiale semiconduttore, ossia il silicio. I materiali semiconduttori, una volta colpiti dalla luce solare, hanno la capacità di generare un flusso di corrente elettrica grazie al movimento di elettroni.
- Solare termico: la radiazione solare può essere utilizzata anche per riscaldare l’acqua sanitaria oppure gli ambienti, sia nelle abitazioni residenziali sia nelle aziende. Il principale dispositivo dell’impianto solare termico è il collettore termico: il suo scopo è quello di riscaldare un liquido, detto fluido termovettore, il quale poi si muove all’interno dell’impianto portando calore alle zone desiderate.
- Solare termodinamico: un impianto solare termodinamico è una tecnologia che integra all’impianto solare termico una pompa di calore. Ciò che lo distingue dagli altri sistemi che sfruttano l’energia rinnovabile è il fatto che questo impianto funziona tutto l’anno e durante l’arco dell’intera giornata grazie alla presenza della pompa di calore che interviene quando l’energia solare non è disponibile: la tecnologia innovativa che utilizza permette all’impianto di funzionare incondizionatamente, senza risentire di alcuna limitazione quando il clima non è dei migliori.
Qual è l’unità di misura dell’energia solare?
L'energia solare può essere misurata in diverse unità di misura a seconda del contesto e del tipo di energia solare considerata. Le unità di misura comuni per l'energia solare includono:
Il kilowatt (kW) è un'unità di misura della potenza. Indica la quantità di energia che un dispositivo può consumare o generare in un secondo. Viene utilizzato per specificare la potenza di elettrodomestici, motori, e impianti elettrici. Ad esempio, una lampadina può avere una potenza di 60 watt (0,06 kW), mentre un impianto fotovoltaico può avere una potenza di 5 kW. Esempio pratico: Un forno elettrico che consuma 2 kW significa che sta utilizzando 2000 watt di energia ogni secondo che è in funzione.
Il kilowattora (kWh) è un'unità di misura dell'energia. Indica la quantità di energia consumata o generata in un'ora. Viene utilizzato per misurare il consumo energetico nel tempo. È la misura usata nelle bollette elettriche per determinare quanto si è consumato e quanto si deve pagare. Esempio pratico: Se un condizionatore consuma 2 kW e funziona per 3 ore, avrà consumato 6 kWh (2 kW * 3 ore = 6 kWh).
Il kilowatt di picco (kWp) è un'unità di misura della potenza massima che un impianto fotovoltaico può generare in condizioni ideali (irradianza solare standard di 1000 W/m² a 25°C). Viene utilizzato per valutare la capacità massima di produzione di un impianto fotovoltaico. Serve a confrontare diversi impianti e a stimare la produzione potenziale di energia. Esempio pratico: Un impianto fotovoltaico con una potenza nominale di 5 kWp può generare fino a 5 kW di potenza in condizioni ottimali di sole.
Quali sono i vantaggi dell'energia solare?
L'energia solare offre numerosi vantaggi sia per la tutela dell'ambiente sia dal punto di vista economico. È una fonte di energia pulita e senza emissioni, che riduce significativamente l'impatto ambientale poiché non prevede nessuna combustione di gas e nessuna emissione di CO2. Inoltre, non presenta problemi di geolocalizzazione, poiché tutta la Terra viene irradiata dal Sole, anche se alcune zone risultano effettivamente più esposte.
Dal punto di vista economico, i vantaggi sono notevoli. Sebbene l'installazione di un impianto fotovoltaico rappresenti una spesa iniziale importante, l'investimento viene ammortizzato nel giro di pochi anni. Ad esempio, l'installazione di un impianto da 6 kW richiede una spesa di circa 6599 €, recuperabile in circa 10 anni grazie al risparmio in bolletta e alle detrazioni fiscali . Inoltre, se si sceglie l'opzione di impianto fotovoltaico con accumulo, è possibile arrivare a un risparmio energetico in bolletta pari al 80%.
L'energia solare è inesauribile e gratuita. Gli impianti solari richiedono poca manutenzione e hanno un'usura ridotta, e possono essere collegati a stazioni di ricarica per auto elettriche, offrendo maggiore versatilità. Infine, l'energia solare ha un potenziale di entrate aggiuntive grazie alla possibilità di vendere l'energia prodotta in eccesso.
Quali sono gli svantaggi dell'energia solare?
Anche l'energia solare presenta alcuni svantaggi. Uno dei principali è l'intermittenza della radiazione solare, a causa dell'alternarsi del giorno e della notte e delle diverse condizioni climatiche. Per ovviare a questo problema, è possibile optare per un impianto fotovoltaico con accumulo, che consente di immagazzinare l'energia prodotta in eccesso per utilizzarla quando l'impianto non è in grado di produrre energia sufficiente. Puoi leggere un articolo del nostro blog riguardo i sistemi di accumulo.
Un altro potenziale svantaggio è l'investimento iniziale necessario per l'installazione degli impianti. Qui puoi trovare una guida ai costi 2024 degli impianti fotovoltaici. Sebbene l'energia solare richieda un costo iniziale significativo, questo investimento viene ammortizzato nel tempo grazie al risparmio in bolletta e agli incentivi fiscali.
È importante sottolineare che non è necessario disporre di ampie superfici per l'installazione dei pannelli solari; un tetto in buone condizioni è sufficiente per ottenere una produzione energetica efficace. Inoltre, Enpal offre soluzioni di finanziamento per facilitare l'accesso agli impianti fotovoltaici, rendendo l'energia solare una scelta ancora più conveniente ed accessibile.
Infine, la produzione di energia solare può essere influenzata dalla geolocalizzazione. Sebbene il Sole irraggi la Terra interamente, le zone con maggiore esposizione solare hanno un rendimento energetico più alto rispetto a quelle con minore esposizione. Tuttavia, con l'avanzamento delle tecnologie di accumulo e con le politiche di incentivazione, molti di questi svantaggi possono essere mitigati, rendendo l'energia solare una scelta sempre più conveniente ed efficace.
Impianto solare fotovoltaico: come si ricava l’energia?
Un impianto solare fotovoltaico ricava energia trasformando la luce solare direttamente in elettricità attraverso l'uso di celle fotovoltaiche. Queste celle sono tipicamente realizzate in silicio, un materiale semiconduttore che ha la capacità di generare una corrente elettrica quando è esposto alla luce solare, un fenomeno noto come effetto fotovoltaico.
Il processo inizia quando la luce solare colpisce la superficie delle celle fotovoltaiche. I fotoni, le particelle di luce, trasferiscono la loro energia agli elettroni presenti nel silicio. Questo aumento di energia permette agli elettroni di liberarsi dagli atomi di silicio e di muoversi liberamente. Le celle fotovoltaiche sono costruite in modo da avere un campo elettrico interno, ottenuto tramite la giunzione di due strati di silicio con differenti proprietà elettriche (drogati con diversi elementi chimici per creare una giunzione p-n). Questo campo elettrico indirizza gli elettroni liberi verso un lato della cella, generando una corrente elettrica continua (DC).
Le celle fotovoltaiche sono collegate tra loro per formare un modulo, e più moduli assemblati insieme formano un pannello solare . I pannelli solari sono a loro volta collegati per creare un impianto solare fotovoltaico di dimensioni variabili a seconda delle necessità energetiche.
L'elettricità continua prodotta dai pannelli solari viene quindi trasportata a un inverter, un dispositivo che la converte in corrente alternata (AC), il tipo di corrente utilizzata comunemente per alimentare case e industrie. Infine, l'energia elettrica può essere utilizzata immediatamente, immagazzinata in batterie per un uso futuro, o immessa nella rete elettrica per essere distribuita e utilizzata altrove.
L'efficienza complessiva di un impianto solare fotovoltaico dipende da diversi fattori, tra cui la qualità delle celle fotovoltaiche, l'orientamento e l'inclinazione dei pannelli, la quantità di luce solare disponibile, e la presenza di eventuali ombreggiature.
Lo schema di un impianto fotovoltaico
Ecco l'infografica che mostra i componenti di un impianto fotovoltaico di una casa. Include tutti gli elementi necessari per catturare l'energia del sole, trasformarla in energia elettrica e renderla utilizzabile:
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Per approfondire l’argomento sui pannelli solari e come l’energia solare viene trasformata in energia elettrica poi leggere il seguente articolo del nostro blog.
Energia solare, la situazione in Italia: perché scegliere un impianto solare fotovoltaico?
Negli ultimi anni, in Italia e in tutta Europa, si è registrato un significativo aumento dell'uso delle energie rinnovabili, che ha contribuito a ridurre l'utilizzo del carbone, una fonte energetica altamente dannosa per l'ambiente.
Nel nostro Paese, le energie rinnovabili hanno coperto il 36,8% della domanda elettrica nel corso del 2023. Secondo le rilevazioni più recenti, attualmente operano 1.328.633 impianti fotovoltaici su tutto il territorio italiano, con una distribuzione del 55% al Nord, il 28% al Sud e il 17% al Centro. Questi dati posizionano l'Italia al quinto posto in Europa per l'estensione della diffusione dell'energia fotovoltaica.
Nel 2023 sono stati messi in funzione circa 371.500 nuovi impianti fotovoltaici in Italia, per una potenza complessiva superiore a 5.200 MW. Alla fine dell'anno, la potenza installata complessiva è salita a 30.319 MW, con un incremento del 21% rispetto al 2022. La produzione di energia solare nell'anno è stata di 30.711 GWh, registrando un aumento del 9,2% rispetto all'anno precedente.
La produzione di energia da fonte solare in Italia continua a crescere costantemente. L'Italia, grazie alla sua elevata esposizione ai raggi solari, è uno dei Paesi europei più adatti per investire nel fotovoltaico. Se il nostro Paese riuscisse ad aumentare la quota di energia solare oltre l'attuale terzo della produzione totale, potrebbe emergere come leader europeo in questo settore.
Per concludere:
Siamo giunti alla conclusione del nostro viaggio attraverso il mondo dell'energia solare. Speriamo che questo articolo ti abbia fornito una panoramica esaustiva e interessante su tutto ciò che riguarda l'energia solare: dalle sue caratteristiche e utilizzi, ai suoi innumerevoli vantaggi e oltre!
In un'epoca in cui la sostenibilità e la lotta contro il cambiamento climatico sono più urgenti che mai, l'energia solare emerge come una soluzione cruciale. La sua crescente importanza tra le energie rinnovabili evidenzia il suo potenziale di ridurre significativamente l'impatto ambientale.
Non solo l'energia solare rappresenta una fonte pulita e inesauribile di elettricità, ma offre anche opportunità di investimento vantaggiose per famiglie e imprese. Riducendo i costi energetici a lungo termine e aumentando l'indipendenza energetica, l'energia solare si pone come un alleato indispensabile per un futuro più verde e sostenibile.
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