L’energia solare è una fonte di energia rinnovabile. L’energia solare viene prodotta sfruttando i raggi del sole, una fonte di calore inesauribile. In questa utile guida scopriamo cos’è e come funziona l’energia solare, ovvero come si riesce a trasformare il calore del sole in energia elettrica e come funzionano pannelli solari e dispositivi termici.

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Energia solare: definizione

Qual è la definizione di energia solare? Per energia solare si intende l’energia sprigionata dal Sole e trasmessa sulla Terra sotto forma di radiazione elettromagnetica (luce e calore). Sfruttando direttamente tale energia è possibile ottenere la produzione di corrente elettrica e di calore.

L’energia del sole, che è ovviamente illimitata, viene convertita in energia elettrica attraverso i pannelli solari o fotovoltaici e dispositivi termici.

La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è enorme, circa diecimila volte superiore a tutta l’energia usata dall’umanità nel suo complesso. L’energia solare può essere utilizzata per generare elettricità (fotovoltaico) o per generare calore (solare termico).

Come funziona l’energia solare?

In ogni momento il Sole trasmette sull’orbita terrestre 1367 Watt per m². L’irraggiamento solare medio è, alle latitudini europee, di circa 1000 watt/m2.

Ciò significa che la quantità di energia irradiata dal Sole sulla Terra è enorme e potrebbe coprire il fabbisogno di energia mondiale.

Attraverso i pannelli fotovoltaici la luce viene convertita direttamente in energia elettrica. Tale conversione avviene in modo pulito ovvero senza il rilascio di CO2 nell’ambiente e di polveri sottili. Gli impianti fotovoltaici sono affidabili in quanto non prevedono nessuna parte meccanica in movimento. Le celle dei moduli fotovoltaici sono costituite per la maggior parte da silicio, uno dei materiali maggiormente presenti sulla Terra.

Come si trasforma il calore del Sole in elettricità?

Il solare fotovoltaico permette di trasformare l’energia solare in energia elettrica in modo diretto e istantaneo senza usare combustibili. Gli impianti fotovoltaici sono costituiti da pannelli solari che prendono la luce del sole e la trasformano in energia elettrica.

Gli impianti fotovoltaici possono essere isolati dalla rete elettrica, come ad esempio alcune baite montane, sistemi di pompaggio acqua, sistemi di segnalazione stradale, etc. oppure possono essere collegati alla rete elettrica.

Per collegarli, è necessario trasformare la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata del tutto simile a quella utilizzata nelle nostre case. Questa trasformazione avviene per mezzo dell’inverter.

Nell’impianto è anche presente un’apparecchiatura (di solito all’interno dell’inverter) che serve a controllare che non ci siano anomalie di funzionamento e che permette il collegamento dell’impianto alla rete elettrica locale.

Se l’impianto è collegato alla rete elettrica locale i surplus di energia non utilizzati dall’edificio munito di pannelli solari saranno immessi nella rete elettrica e utilizzati da altri utenti e restituiti ai produttori sotto forma di denaro.

Vantaggi dell’energia solare

L’utilizzo degli impianti solari è un’alternativa green ad altre fome di energia: permette infatti di produrre energia a basso impatto ambientale, senza l’uso di combustibili fossili che immettono nell’atmosfera sostanze nocive che causano inquinamento, effetto serra e cambiamenti climatici. .

L’energia solare è una risorsa infinita. Almeno fino a quando il Sole non si spegnerà, possiamo utilizzare l’energia che arriva sul nostro pianeta a piacimento. La quantità di energia solare prodotta dal Sole sarebbe in gradi di sopperire al nostro bisogno di energia totale.

Il costo degli impianti fotovoltaici è basso se paragonato a quello di altri sistemi di approvviggionamento energetico. Se il costo iniziale può risultare elevato è vero che il ritorno è garantito nel giro di 5, 10 anni, trascorsi i quali si potrò usufruire di un bel taglio dei costi in bolletta.

Oltre agli impianti solari fotovoltaici, che trasformano la luce in energia elettrica esistono gli impianti solari termici, che utilizzano i raggi solari per riscaldare un fluido che può essere utilizzato per riscaldare le abitazioni e gli edifici. Gli impianti solari termodinamici mettono insieme le due modalità. C’è quindi la possibilità di un utilizzo variegato dell’energia solare.

Gli impianti solari sono facilmente smantellabili e il riutilizzo delle componenti dei pannelli fotovoltaici è garantito fino al 95% con bassissime conseguenze di impatto ambientale.

Svantaggi dell’energia solare

Purtroppo al momento i rendimenti degli impianti fotovoltaici e termici sono bassi.  Si riesce a produrre circa un terzo dell’energia che si potrebbe teoricamente produrre. Le celle di prima generazione che sono le più comuni, hanno rendimenti intorno al 33%, mentre ad esempio una turbina eolica può avere rendimento tra il 40 e il 50%).

L’area di installazione deve essere piuttosto ampia avendo la luce solare una bassa concentrazione. Oltre a causare un certo impatto paesaggistico, gli impianti potrebbero togliere terreno utile ad altri scopi, come per esempio l’agricoltura. Di recente si sta optando per la costruzione di impianti solari in zone periferiche e su terreni che non potrebbero essere usati per altri scopi. Questo è il caso degli impianti costruiti alle porte del deserto, su terreni inutilizzabili dall’uomo e ad alta densità di raggi solari.

Discontinuità della risorsa e incapacità di grandi accumuli. Al momento il più grande problema legato all’utilizzo dell’energia soalre riguarda la discontinuità di essa. Non sempre c’è il Sole, il cielo può essere nuvoloso e la notte si alterna al giorno.  Le batterie di accumulo dell’energia solare non sono al momento in grado di garantire una copertura energetica abbastanza grande da risolvere il problema.

Inquinamento nella produzione di pannelli fotovoltaici

Un discorso a parte merita l’impatto ambientale causato dalla produzione dei pannelli fotovoltaici. Se è vero che la produzione di energia solare è pulita e a bassissimo impatto ambientale cosa si può dire della produzione dei componenti degli impianti stessi?

La vita dei pannelli fotovoltaici è abbastanza lunga e si attesta sui 25 anni circa, ovvero molto più lunga di quasi tutti i beni di consumo. I pannelli sono riciclabili anche se, essendo composti da diversi elementi, richiedono un trattamento speciale che ha dei costi sia in termini economici che di impatto ambientale, ovvero di energia utilizzata per il riuso.

Nella fase di produzione dei pannelli solari l’impatto ambientale è assimilabile a quello di qualsiasi industria o stabilimento chimico. Nel processo produttivo sono utilizzate sostanze tossiche o esplosive che richiedono la presenza di sistemi di sicurezza per la tutela dei lavoratori e dell’ambiente. Anche nel caso di malfunzionamento degli impianti di produzione i rischi sono molto simili a quelli di un qualsiasi stabilimento industriale che ne abbia di limitati a livello locale. A seconda del tipo di pannello prodotto cambiano i rischi. Per esempio la produzione del pannello solare cristallino implica la lavorazione di sostanze chimiche come il triclorosilano, il fosforo ossicloridrico e l’acido cloridrico. Nella produzione del pannello amorfo troviamo il silano, la fosfina e il diborano. 

L’elevata tossicità del seleniuro di idrogeno e del cadmio

In altre produzioni viene usato il seleniuro di idrogeno e il cadmio, ad elevata tossicità e forte impatto sulla salute. 

A gettare ulteriori ombre sul fotovoltaico è il sistema di produzione dei pannelli di cui la Cina è il più grande produttore mondiale. Dal 2011, in seguito alla pubblicazione di un reportage del Washington Post che rivelava che il pericolosissimo tetracloruro di silicio, anziché essere stoccato e ritrattato, veniva direttamente pompato nei terreni agricoli intorno all’impianto (per poi venderlo al maggiore produttore dei pannelli solari al mondo, la Suntech Power Holdings, e ad altre grosse società del settore) e che lo stesso succedeva anche per altri grossi impianti di questo tipo, qualcosa è cambiato. Le aziende cinesi oggi sono costrette a ritrattare almeno il 98,5 % dei sottoprodotti, ma non è chiaro quanto il rispetto delle regole venga posto sotto controllo.

Concludendo, mentre in Occidente abbattiamo la nostra impronta di Carbonio utilizzando i pannelli solari, in Cina aumenta, proprio in seguito alla nostra domanda, la produzione di gas serra. La ricerca si sta orientando verso nuovi materiali e tecnologie a più basso impatto ambientale così come ad un industria a ciclo chiuso che si occupi di manutenzione e riutilizzo dei pannelli anziché di produzione, ma c’è ancora molta strada da fare perché il fotovoltaico diventi un’energia davvero pulita.