IMPIANTI PER PRODURRE
ENERGIA ALTERNATIVA
Il Sole è la stella attorno il quale ruotano tutti i corpi celesti che costituiscono il sistema solare. Rappresenta una grandissima fonte di energia e SATREL ne sfrutta le potenzialità nelle due forme più dirette: produrre energia elettrica (solare fotovoltaico) e produrre calore (solare termico).
Dal punto di vista astronomico il Sole è una stella appartenente alla sequenza principale di tipo spettrale G2 ovvero una stella di media grandezza molto più piccola di una gigante blu o rossa. Tutta l'energia irradiata dal sole viene generata per mezzo di reazioni termonucleari per mezzo delle quali due atomi leggeri si combinano tra loro a formare un atomo più pesante ma con massa inferiore alla somma degli originali di circa lo 0,75%, tale differenza di massa viene trasformata in energia per mezzo della famosa equazione E = MC2. Una differenza così piccola può sembrare insignificante ma bisogna valutare due fattori: con C2 si intende la velocità della luce elevata alla seconda ovvero circa (300.000*300.00)Km/h; ogni secondo nel sole 600 milioni di tonnellate di idrogeno vengono convertite in 595,5 milioni di tonnellate di elio con la trasformazione in energia pura di ben 4,5 tonnellate di materia;
Questa conversione di massa in energia permette di generare ben 405.000 miliardi di terajoule di energia pari a 112.500.000.000 TWh al secondo, per rendersi conto della "potenza del sole" è bene sapere che in un intero anno (non in un secondo) sulla terra vengono generati solamente 17.907 TWh: l'energia prodotta dal sole in un secondo sarebbe sufficiente a coprire l'intero fabbisogno energetico terrestre per i prossimi 6.200.000 anni. Ovviamente non tutta l'energia prodotta dal sole investe la terra ma solo una piccola frazione proporzionale alla superficie di volta solare occupata dalla terra, tale quantitativo è pari a "solo" 174.000.000 di gigajoule al secondo (174.000.000 di gigawatt). Rapportando questo valore alla superficie sferica della terra si ottiene un valore di irraggiamento solare di 1.366W/m2 , tale valore viene definito Costante Solare o AM0 (Air Mass 0) a significare che si tratta del valore dell'irraggiamento solare prima che questo venga parzialmente assorbito dall'atmosfera terrestre.
L'ENERGIA SOLARE
Sapere come e quanta energia investe la superficie terrestre è praticamente inutile se non si capisce come sfruttarla. Per millenni l'uomo ha percepito la potenza del sole ma raramente è riuscito a trarne un vantaggio diretto producendo energia nelle sue varie forme.
Ai giorni nostri l'energia solare può essere sfruttata per due fini principali: produrre energia elettrica e produrre calore. In realtà anche l'energia eolica è una fonte energetica solare (il vento esiste grazie al riscaldamento dell'atmosfera dovuto ai raggi solari) ma in questa sede non verrà trattata.
L'ATMOSFERA
Con il termine atmosfera si indica l'involucro gassoso che avvolge la terra. Normalmente siamo abituati a definire l'insieme di gas che la compongono come "aria" intendendo con questo termine la miscela di gas (Azoto 78%, Ossigeno 21%, Altri 1%) che normalmente noi respiriamo e che ci consentono la vita. In realtà l'atmosfera è estremamente complessa e differenziata nei vari strati che la compongono:
Troposfera: è la parte più bassa dell'atmosfera (fino a circa 12km) di altezza. In essa è contenuto l'80% dei gas e il 99% del vapore acqueo dell'intera atmosfera terrestre. E' in questa parte dell'atmosfera che si svolgono tutti i fenomeni metereologici che noi conosciamo.
Stratosfera: è la parte immediatamente superiore alla Troposfera e termina alla quota di circa 50-60km. La parte alta della Stratofera viene anche definita Ozonosfera per la presenza dello strato di ozono che ci protegge dai raggi UV.
Mesosfera: Raggiunge l'altezza di 80km. E' il primo strato di atmosfera che non risente dell'influenza della superficie terrestre avendo uno spessore quasi uniforme sia ai poli che all'equatore. E' estremamente rarefatta tant'è che al suo limite superiore i gas che la compongono non oppongono più alcuna resistenza al moto dei corpi. Viene pertanto definita come il confine con lo spazio.
Termosfera: Raggiunge l'altezza di 500km. E' così rarefatta che anzichè parlare di gas che la compongono si preferisce parlare di atomi e molecole. Negli strati superiori la temperatura può raggiungere i 1.700°C.
Esosfera: è lo strato esterno dell'atmosfera il cui limite superiore non è ben definito. E' composta prevalentemente da Idrogeno ed Elio e la temperatura supera i 2.000°C a causa della radiazione solare.
La presenza dell'atmosfera terrestre è ciò che permette la presenza di vita sulla terra in quanto ci protegge dalle radiazioni nocive provenienti dallo spazio, questa sua funzione di schermo risulta evidente nell'attenuazione che la radiazione solare subisce durante il suo attraversamento.
LA LUCE - La radiazione solare
Nell'immaginario collettivo siamo portati a pensare che tutta l'energia emessa dal sole raggiunga la terra sotto forma di luce visibile ma ciò è ben lungi dall'essere vero: la maggior parte dell'energia irradiata dal sole raggiunge la terra sotto forma di luce invisibile, la luce visibile rappresenta solo una piccola porzione dello spettro solare.
L'intensità con cui questa radiazione solare raggiunge il nostro pianeta viene definita Costante Solare ed è pari a 1.366W/m2. Ovviamente non tutta la radiazione che raggiunge la terra ne colpisce anche la superficie in quanto l'atmosfera è un formidabile scudo alla radiazione (vedasi i danni al buco nell'ozono): una parte importante della radiazione solare viene assorbita o riflessa dall'atmosfera permettendo così la vita sulla terra.
La Costante Solare viene pertanto anche definita AM0 ovvero Air Mass 0 per indicare che essa rappresenta il valore di radiazione solare senza la presenza dell'atmosfera. Nella pratica corrente degli impianti fotovoltaici il valore di AM0 è praticamente inutile in quanto avrebbe senso unicamente per pannelli posti all'esterno dell'atmosfera terreste (viene usato per i pannelli dei satelliti). Similarmente al AM0 viene pertanto definito un altro parametro AM1 ovvero la radiazione per metro quadrato che colpisce la superficie terrestre. Per quanto concerne gli impianti fotovoltaici come parametro di riferimento è stato scelto di adottare l'AM1,5 pertanto tutte le stime di potenza dei pannelli sono sempre indicate per AM1,5. Essendo la radiazione composta da una molteplicità di frequenze l'atmosfera terrestre agisce diversamente su ciascuna di esse comportando un'attenuazione diversificata come si può vedere dal grafico seguente:
La radiazione solare effettivamente sfruttabile è poi influenzata da un molteplicità di fattori specifici di ciascun luogo (primo fra tutti la latitudine che varia l'inclinazione dei raggi solari) e pertanto nel dimensionamento di un impianto che la voglia sfruttare si dovrà sempre calcolare la radiazione specifica del luogo di installazione integrandola con i dati metereologici così da poter fornire una stima di produzione veritiera e garantire un effettivo rientro dell'investimento nei tempi stimati.