Fonti energetiche rinnovabili
Solare termodinamico
Solare termodinamico
I sistemi solari termodinamici producono energia elettrica dalla
componente termica della radiazione solare.
Poiché questi sistemi si basano sul ciclo termico di un fluido che attiva il
funzionamento di una macchina termica il cui movimento viene
successivamente trasformato in energia elettrica, e poiché
l’efficienza di ciclo termico aumenta all’aumentare della temperatura,
è conveniente lavorare a temperature più elevate e quindi
concentrare i raggi del sole attraverso dei sistemi di specchi.
Per la produzione di energia da immettere in rete vengono utilizzati:
1.
Sistemi a collettori parabolici lineari;
2.
Sistemi a torre;
mentre per la produzione destinata a piccole comunità isolate sono
utilizzati i sistemi a concentrazione puntiforme (specchi parabolici).
Sistemi a collettori
parabolici lineari
Denominati con il termine SEGS ( Solar
Eletric Generating System) essi sono usati
per focalizzare su un singolo asse i raggi
solari su un lungo tubo ricevente
posizionato lungo la linea focale dei
concentratori.
Un fluido termovettore, pompato attraverso
i tubi ricevitori, alimenta una stazione di
potenza localizzata centralmente.
Il calore solare è trasformato in vapore allo
scopo di far funzionare un turbo-generatore
elettrico.
Le temperature sviluppate vanno da 400 a
600°C dipendentemente dal fluido
termovettore utilizzato.
Tali impianti oggi hanno dimensioni tipiche
dell’ordine da 30 a 80 MW, questi impianti
possono essere ibridi, cioè abbinati ad una
caldaia alimentata a combustibili fossili (gas
naturale nel miglior caso) per regolare il
carico e le temperature in mancanza di sole
Sistemi a torre
Un sistema di specchi che inseguono il
moto del sole su doppio asse, chiamati
eliostati, riflettono l’energia solare su di
un ricettore montato in cima ad una torre
localizzata al centro.
Il calore solare è raccolto da un fluido, ad
esempio un nitrato fuso, che ha anche la
funzione di accumulo di energia.
Con il calore accumulato nei sali fusi si
produce del vapore (565 °C), allo scopo
di fare girare un turbo-generatore
elettrico.
Le torri solari sono particolarmente adatte
alla produzione centralizzata di energia
nell’intervallo di potenza da 100 a 200
MWatt elettrici.
Sistemi a concentrazione puntiforme
Consistono in uno specchio
parabolico mobile per seguire
il moto del sole e riflettente i
raggi solari nel punto focale,
dove sono assorbiti dal
ricevitore. Il calore assorbito
è trasferito (a 750 °C) da un
sistema fluido-vapore (ad
esempio sodio) al motoregeneratore, ad esempio un
motore lineare tipo Stirling.
Le dimensioni dei singoli
moduli possono variare
nell’intervallo da 5 a 50 kW,
con una serie di tali
concentratori si possono
realizzare impianti di
qualsiasi taglia e potenza.
Concentratore solare con motore ciclo Stirling
al ricevitore, la potenza di picco è di 10 kW,
proprietà di Sandia’s National Solar Thermal ,
installato ad Albuquerque, New Messico.
Motore Stirling
Il motore funziona a ciclo chiuso utilizzando un gas come fluido termodinamico
(solitamente aria, azoto oppure elio o idrogeno nelle versioni ad alto
rendimento). Quando è raggiunta una opportuna differenza di temperatura tra il
suo punto caldo ed il punto freddo ed è opportunamente avviata, si innesca una
pulsazione ciclica, di norma trasformata in moto alternato dei pistoni, che
perdura fin quando si continua a fornire calore. Una particolarità di questo
motore è quella di funzionare senza fare ricorso a valvole. Le sole parti in
movimento sono il pistone ed il dislocatore che agiscono collegati ad un albero
motore con una coppia di gomiti sfasati tra loro di 90 gradi. È probabilmente
uno dei più interessanti motori a combustione esterna per la sua bassa
manutenzione, la sua silenziosità e la possibilità teorica di raggiungere
rendimenti vicini a quello teorico per cicli termodinamici.
È possibile utilizzare la luce solare concentrata, ad esempio tramite uno
specchio parabolico, per produrre la differenza di temperatura necessaria.