Informazioni sull'energia solare : Definizione di energia solare

L'energia solare genera energia rinnovabile o "verde" sfruttando la luce e il calore del sole.

I pannelli solari, noti anche come celle fotovoltaiche, sono il modo più comune per sfruttare l'energia solare.

Sono quasi da bordo a bordo nelle centrali solari per catturare la luce del sole in ampi campi.

Di tanto in tanto li troverai in cima agli edifici.

I materiali semiconduttori sono usati per realizzare le celle.

I raggi del sole liberano gli elettroni dai loro atomi quando colpiscono le cellule.

Ciò consente agli elettroni di fluire liberamente attraverso la cella, con conseguente generazione di elettricità.

I collettori solari possono produrre elettricità per migliaia di individui contemporaneamente su una scala molto più ampia.

Le centrali solari termiche impiegano una varietà di metodi per generare elettricità dal sole.

L'energia del sole viene utilizzata per far bollire l'acqua, che poi alimenta una turbina a vapore, che genera elettricità simile al carbone o alle centrali nucleari.

Tecnologie solari

L'energia solare può essere sfruttata utilizzando tre diverse tecnologie:

1. Fotovoltaico (PV), che converte la luce direttamente in elettricità.

2. energia solare a concentrazione (CSP), che utilizza l'energia solare termica per alimentare turbine elettriche su larga scala.

3. Sistemi di riscaldamento e raffrescamento solare (SHC) che raccolgono energia termica e la utilizzano per riscaldare o raffreddare l'acqua e l'aria.

Fotovoltaico (FV)

Fotovoltaico (FV) L'energia solare libera elettroni in questi materiali, che possono quindi essere indotti a muoversi attraverso un circuito elettrico, dispositivi operativi o trasmettere elettricità alla rete.

I gadget fotovoltaici possono essere utilizzati per alimentare qualsiasi cosa, dalle calcolatrici ai segnali stradali, così come le famiglie e le grandi aziende commerciali.

Come funziona la tecnologia fotovoltaica (PV)?

I fotoni ionizzano il materiale semiconduttore sul pannello solare, facendo sì che gli elettroni esterni rompano i loro legami atomici.

Gli elettroni sono guidati in una direzione dalla struttura a semiconduttore, determinando un flusso di corrente elettrica.

Le celle solari in silicio cristallino non sono efficienti al 100%, in parte perché possono essere assorbite solo specifiche lunghezze d'onda della luce.

Parte dello spettro luminoso viene riflesso, mentre altri (infrarossi) sono troppo deboli per generare elettricità, e altri ancora (ultravioletti) generano energia termica anziché elettricità.

Tecnologia fotovoltaica in altre forme

Esistono due forme fondamentali di tecnologia fotovoltaica, oltre al silicio cristallino (c-Si):

• Il fotovoltaico a film sottile è un segmento minuscolo ma in rapida espansione del business solare commerciale.

  Molte aziende di film sottili sono start-up che sperimentano nuove tecnologie.

  Sono meno efficienti dei moduli c-Si, anche se spesso sono meno costosi.

  Gli array fotovoltaici a concentrazione si trovano principalmente nel deserto sudoccidentale degli Stati Uniti.

  Riflettono l'energia solare concentrata su celle ad alta efficienza utilizzando lenti e specchi.

• Fotovoltaico integrato nell'edificio

fungono da strato esterno della struttura e generano energia per l'utilizzo in loco o per l'esportazione nella rete.

Richiedono la luce solare diretta e dispositivi di localizzazione per avere maggior successo.

I sistemi BIPV possono risparmiare denaro su materiali ed elettricità, ridurre l'inquinamento e migliorare l'aspetto estetico di un edificio.

Energia solare a concentrazione (CSP)

Gli impianti CSP utilizzano specchi per concentrare l'energia solare, che viene poi utilizzata per alimentare le tradizionali turbine a vapore o addirittura i motori per generare elettricità.

L'energia termica concentrata di un impianto CSP può essere immagazzinata e utilizzata per generare elettricità ogni volta che è necessaria, giorno e notte.

Negli Stati Uniti sono attualmente operativi circa 1.815 megawatt (MWac) di impianti CSP.

Trogolo Parabolico

Gli specchi curvi concentrano l'energia solare su un tubo ricevitore che opera lungo il centro del canale nei sistemi parabolici.

Un fluido termovettore ad alta temperatura (come l'olio sintetico) assorbe l'energia del sole nel tubo ricevitore, riscalda l'acqua e produce vapore passando attraverso uno scambiatore di calore a temperature di 750 °C o superiori.

Per generare elettricità, il vapore alimenta una tradizionale centrale elettrica a turbina a vapore.

Migliaia di file parallele di trogoli collegate come una serie di anelli sono posizionate sull'asse nord-sud in modo che le depressioni possano seguire il sole dalla direzione est alla direzione ovest in un tipico campo di collettori solari.

I singoli moduli collettore variano in altezza da 15-20 piedi a 300-450 piedi.

Riflettore Fresnel lineare compatto

CLFR si basa su tecnologie di specchi curvi, ma con lunghe file parallele di specchi piatti meno costosi.

L'energia del sole è concentrata su ricevitori rialzati, che sono costituiti dalla struttura di tubi attraverso i quali scorre l'acqua.

La luce solare concentrata può far bollire l'acqua, producendo vapore ad alta pressione che può essere utilizzato direttamente nelle centrali elettriche e nelle applicazioni industriali del vapore.

Torre del Potere

Un sistema di ricezione centrale viene utilizzato nei sistemi a torre di potenza, consentendo temperature operative più elevate e di conseguenza una maggiore efficienza.

Il sole viene tracciato lungo due assi da specchi controllati da computer (chiamati eliostati), concentrando l'energia solare sul ricevitore in cima a un'alta torre.

L'energia concentrata viene utilizzata per riscaldare il fluido di trasferimento a oltre 1.000 gradi Fahrenheit per generare vapore e alimentare un generatore di corrente centrale.

Questi progetti possono incorporare in modo rapido ed economico l'accumulo di energia, consentendo la generazione di energia 24 ore su 24.

Piatto-motore

La superficie di un'antenna parabolica è ricoperta di specchi, che concentrano la luce solare sul ricevitore fissato in un punto focale.

A differenza di altre tecnologie CSP che utilizzano il vapore per generare energia tramite la turbina, questo sistema a motore piatto aziona un motore utilizzando un fluido di lavoro come l'idrogeno riscaldato a 1.200° F nel ricevitore.

Per seguire il sole, ogni parabola ruota lungo due assi.

I requisiti più importanti per gli impianti solari a concentrazione

• Finanziamento - Il finanziamento del progetto è l'aspetto più difficile di qualsiasi infrastruttura per la produzione di energia su scala industriale, incluso il CSP.

• Aree ad alta radiazione solare - L'energia del sole non dovrebbe essere troppo diffusa per concentrarsi su di essa.

  Per determinarlo viene utilizzata un'intensità normale diretta (DNI) dell'energia solare.

• Terreni contigui con poca copertura nuvolosa - impianti CSP con capacità di 100 MW e funzioni maggiori in modo più efficiente e quindi conveniente.

  Mentre la quantità di terreno richiesta varia a seconda della tecnologia, un tipico impianto CSP richiede da 5 a 10 acri per MW di capacità.

  L'accumulo di energia termica è possibile grazie alla maggiore superficie territoriale.

• Risorse idriche - Come centrali termiche simili come carbone, gas naturale e nucleare, la maggior parte dei sistemi CSP richiede acqua per il raffreddamento.

  Per pulire la raccolta e le superfici degli specchi è necessaria solo una piccola quantità d'acqua.

  Le strutture CSP possono utilizzare sistemi di raffreddamento a umido, a secco e ibridi per migliorare l'efficienza nella generazione di energia e nel risparmio idrico.

• Accesso alla trasmissione disponibile e vicino - Gli impianti CSP devono essere costruiti su un terreno appropriato per la produzione di energia elettrica e avere un accesso adeguato a una rete di trasmissione rapidamente sovraccaricata e antiquata.

  La costruzione di impianti di energia solare su larga scala richiede l'accessibilità alle linee di trasmissione ad alta utilità per trasportare l'elettricità ai consumatori finali dall'impianto di energia solare.

  Gran parte del sistema di trasmissione esistente del sud-ovest è al completo e c'è un disperato bisogno di una nuova trasmissione.

I sistemi SHC (riscaldamento e raffrescamento solare) sono un tipo di sistema di riscaldamento e raf

I sistemi di riscaldamento e raffreddamento solare (SHC) catturano l'energia termica del sole e la utilizzano per produrre acqua calda, riscaldamento degli ambienti, raffreddamento e riscaldamento della piscina in ambienti residenziali, commerciali e industriali.

L'elettricità e il gas naturale non sono più necessari grazie a queste tecnologie.

Le soluzioni di riscaldamento e raffreddamento solare vengono prodotte e installate in tutto il mondo, riducendo drasticamente la nostra dipendenza dai combustibili importati.

Per espandere questo settore in rapida crescita e che crea posti di lavoro, i governi hanno bisogno di politiche sagge.

Accumulo di energia solare

I pannelli solari hanno un inconveniente su cui possono convenire anche i più entusiasti evangelisti solari: generano energia solo quando splende il sole.

D'altro canto, il picco di consumo di energia si verifica nelle notti, in coincidenza con una minore produzione di energia solare e determinando un problema di domanda e offerta.

D'altro canto, i pannelli solari producono spesso energia sufficiente durante le ore di bassa richiesta, quando il sole splende, per soddisfare il picco della domanda nel corso della giornata.

Ciò significa che un efficace accumulo di energia solare può fornire un'ampia gamma di vantaggi sia ai proprietari di case che alle imprese.

Questo articolo tratterà i vantaggi dell'accumulo di energia solare, come funziona e come potrebbe essere d'aiuto.

Quali sono i vantaggi dell'accumulo di energia solare?

L'immagazzinamento dell'energia in eccesso è fondamentale per estrarre il massimo dal sistema di pannelli solari.

Può portare a risparmi sui costi, reti energetiche più efficaci e minori emissioni di combustibili fossili.

Ci sono diversi vantaggi nell'immagazzinare l'energia solare:

1. Bilanciamento del carico elettrico

Se l'elettricità non viene immagazzinata, deve essere consumata immediatamente dopo essere stata generata.

L'accumulo di energia consente di immagazzinare la generazione in eccesso per i picchi di domanda.

Quando si tratta di energia rinnovabile, immagazzinare l'energia in eccesso significa consentire alle luci di rimanere accese anche quando il sole tramonta o il vento smette di soffiare.

Detto semplicemente, l'accumulo di energia consente un serbatoio di energia che verrà addebitato quando la domanda è bassa e la generazione è alta, quindi rilasciata quando la domanda aumenta e la generazione diminuisce.

2. Riempire le lacune.

L'accumulo di energia solare a breve termine garantisce un flusso costante di energia durante le interruzioni del generatore, come la manutenzione ordinaria o il passaggio di nuvole.

3. Resilienza energetica.

Dagli incendi alle tempeste estreme, la rete elettrica è soggetta a disturbi e interruzioni.

Decentrando il punto in cui acquistiamo la nostra energia, l'accumulo di energia solare offre una bolla protettiva durante eventi catastrofici.

Qual è il modo migliore per immagazzinare l'energia solare?

L'immagazzinamento dell'energia solare può essere classificato in tre parti: termica, a batteria e meccanica.

Diamo un'occhiata a ciascuno separatamente.

Che cos'è l'accumulo termico?

L'accumulo di energia termica assorbe e trattiene il calore del sole utilizzando una varietà di materiali, come acqua o sale fuso.

Questo mezzo riscaldato viene mantenuto nel serbatoio isolato fino al momento dell'uso, che normalmente consiste nel far bollire l'acqua per la produzione di energia.

Che cos'è la conservazione della batteria?

Le batterie elettrochimiche possono essere utilizzate anche per immagazzinare l'energia solare.

Quando l'energia solare viene iniettata in una batteria, l'energia viene immagazzinata attraverso un processo chimico tra i componenti della batteria.

Quando la batteria è scarica, la reazione viene invertita, consentendo alla corrente di allontanarsi dalla batteria.

Le batterie agli ioni di litio sono il tipo più diffuso di batteria utilizzata nelle applicazioni solari, così come la nuova tecnologia delle batterie si sta sviluppando rapidamente, promettendo soluzioni di accumulo della batteria più economiche e scalabili aggiuntive.

Infatti, entro il 2025, si prevede che lo stoccaggio annuale di energia nel Regno Unito raggiungerà quasi i 7,5 GW, un aumento di sei volte rispetto al 2020, creando un valore di mercato di oltre 7,3 miliardi di dollari.

Che cos'è l'archiviazione meccanica?

Per generare elettricità, l'accumulo di energia meccanica utilizza l'energia potenziale di un oggetto.

L'energia elettrica in eccesso viene trasformata in energia meccanica, che viene poi riconvertita in energia per un uso successivo.

I dispositivi di accumulo di energia meccanica si dividono in tre categorie:

• Volano. Questo approccio sfrutta la potenza in eccesso per far girare il volano, che quindi crea elettricità per soddisfare la domanda di picco.

• Idro pompato. L'acqua viene pompata verso l'alto in un serbatoio sopra i generatori a turbina nell'impianto idraulico pompato.

  Quando c'è una richiesta significativa di energia, l'acqua può scorrere attraverso le turbine e produrre elettricità.

• Aria compressa. L'aria compressa viene iniettata in enormi navi come serbatoi o formazioni sotterranee con questa tecnologia di accumulo di energia.

  Durante i picchi di richiesta, l'aria viene scaricata per generare energia.

L'accumulo di energia solare più efficace

Non esiste una risposta univoca per l'accumulo di energia solare.

Le opzioni di stoccaggio dell'energia solare dipendono dalle tue esigenze e risorse.

Diamo un'occhiata ad alcune delle alternative di stoccaggio dell'energia solare più diffuse per uso commerciale e residenziale.

Stoccaggio di energia solare commerciale

L'accumulo meccanico e termico sono soluzioni praticabili per le società di servizi pubblici e altre imprese con budget maggiori rispetto agli individui.

Anche se questi sistemi di accumulo possono essere costosi, aiutano le società di servizi pubblici a soddisfare la domanda di picco di energia.

• Accumulo di energia in rete con batterie di nuova generazione. Negli Stati Uniti, il 2020 è stato un anno fondamentale per i nuovi accumulatori di energia.

  La nazione ha installato 476 MW di storage aggiuntivo solo nel 3° trimestre, in crescita del 240% rispetto al totale record del trimestre precedente.

  Sebbene la maggior parte delle nuove implementazioni siano sistemi di storage front-of-the-meter (FTM) di 1 ora, offrono uno sguardo promettente sul futuro dello stoccaggio commerciale dell'energia solare.

• Aria compressa. Secondo le stime più recenti del governo, l'aria compressa costa 105 dollari per kWh, il che la rende l'alternativa di stoccaggio meccanico più conveniente per applicazioni su larga scala.

• Idro pompato. L'energia solare non consumata potrebbe essere utilizzata per pompare l'acqua verso l'alto, generando un'enorme quantità di energia potenziale.

  L'idroelettrico pompato costa circa $ 165/kWh in questo momento, il che lo rende la seconda migliore opzione per lo stoccaggio di energia meccanica su larga scala.

  Tuttavia, poiché il nuovo impianto idroelettrico di pompaggio comporta notevoli costi iniziali e notevoli ostacoli normativi, è fattibile solo in luoghi specifici.

Accumulo di energia solare domestica

Il risparmio sui costi, la resilienza e il decentramento della produzione di elettricità (a volte noti come "centrali elettriche virtuali") sono solo alcuni dei vantaggi del solare residenziale.

Tuttavia, le soluzioni commerciali di stoccaggio dell'energia che abbiamo descritto sopra sono probabilmente proibitive per il proprietario medio di una casa.

L'accumulo di batterie, per fortuna, può ora fornire alle famiglie una soluzione economica e affidabile per immagazzinare l'energia solare.

Le batterie agli ioni di litio sono di gran lunga la scelta più popolare per immagazzinare l'energia solare in casa.

Sono poco costosi (e stanno diventando più economici), hanno un profilo basso e possono essere utilizzati per una varietà di scopi.

Le batterie ad acqua salata e le batterie al piombo sono altri due tipi di batterie spesso utilizzate nelle case.

Indipendentemente dal tipo di batteria, le batterie di backup domestiche consentono ai proprietari di casa di preservare l'energia durante i periodi di alta produzione e bassa domanda (ad esempio, durante la giornata lavorativa) per l'utilizzo durante i periodi di alta domanda quando la generazione diminuisce.

I vantaggi dell'immagazzinamento di energia solare domestica sono simili a quelli dell'immagazzinamento di energia solare su larga scala, con conseguente resilienza, elettricità ininterrotta e risparmi sui costi.

Questi vantaggi vengono trasferiti al proprietario della casa.

Quindi, come funzionano esattamente le batterie?

Le batterie sono il dispositivo che converte l'energia chimica in energia elettrica.

Sono costituiti da due elettrodi, un anodo e un catodo, formato da materiali conduttivi e separati da un separatore.

L'elettrolita, una sostanza chimica comprendente ioni, si trova tra l'anodo e il catodo, reagendo con gli elementi conduttivi del catodo e dell'anodo per produrre una corrente elettrica.

Le reazioni chimiche di ossidoriduzione (ossidazione-riduzione) negli elettrodi fanno sì che gli ioni viaggino tra i due elettrodi e gli elettroni vengano rilasciati da un elettrodo.

Gli elettroni liberi si raccolgono su un elettrodo, portando a cariche diverse che gli elettroni cercheranno di bilanciare spostandosi sull'altro elettrodo.

Il separatore, invece, impedisce loro di muoversi, interrompendo di fatto il circuito elettrico.

Gli elettroni possono spostarsi tra gli elettrodi dopo la formazione del circuito (sia l'anodo che il catodo sono collegati) e la batteria è effettivamente scarica.

Vari tipi di batterie

Le batterie sono disponibili in una varietà di caratteristiche chimiche, cicli di vita, densità di energia, temperature di esercizio e parametri di densità di potenza.

Le seguenti sono le tecnologie di batteria più comuni:

• piombo-acido (PbA)

• Nichel-metallo idruro (NiMH)

• Nichel-Cadio (NiCd)

• Ioni di litio (Li-ion)

• Sodio-zolfo (NaS)

• Carbonio-Zinco f) Zinco-Bromo

Riepilogo della definizione di energia solare

Poiché sempre più persone passano all'energia rinnovabile e verde, è fondamentale comprendere i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna di esse.

Prima di passare a una fonte di energia moderna e più ecologica, cerca di trovare un budget che tu e la tua famiglia potete permettervi.

Quindi scopri quanto ti costerà la scelta dell'energia solare a lungo termine e quanto risparmieresti.

Fai un elenco di vantaggi e svantaggi che sono speciali per te e la famiglia in modo che tu possa capire meglio quali soluzioni ti sono più utili di altre.