Come funziona il solare a concentrazione e dove si trovano gli impianti nel mondo

Gli impianti solari a concentrazione, anche chiamati solare termodinamici o solare termoelettrici, sono sistemi ad alta temperatura che convertono l'energia solare in energia elettrica. Questi impianti sono tipicamente di grandi dimensioni e sfruttano delle superfici riflettenti – degli specchi – per inviare i raggi luminosi in un unico ricevitore. In questo ricevitore i raggi scaldano un fluido, convertendo l'energia solare in energia termica, successivamente in meccanica ed, infine, in elettrica. Vediamo insieme che tipi di impianti esistono e alcuni esempi in Italia e nel mondo.

Il funzionamento degli impianti a concentrazione

Gli impianti a concentrazione si chiamano così perché focalizzano la luce solare in un punto tramite l'uso di uno o più collettori. Questi collettori non sono altro che superfici riflettenti che evitano di assorbire energia e di disperderla sotto forma di calore. L'energia solare viene quindi focalizzata su un tubo non riflettente all'interno del quale scorre un fluido chiamato termovettore (solitamente olio diatermico o sali fusi) che assorbe la radiazione luminosa e si scalda.

Il calore recuperato dal fluido termovettore viene poi trasferito ad un secondo fluido tramite uno scambiatore di calore. Il secondo fluido, infine, alimenta una turbina a vapore, dove l'energia termica viene trasformata in energia meccanica e, successivamente, in energia elettrica grazie ad un alternatore. Essendo impianti di grandi dimensioni e avendo serbatoi termici che accumulano calore, questi impianti possono produrre energia anche di notte o con cielo coperto.

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Tipologie di collettori

Esistono vari tipi di collettori: dai collettori parabolici lineari, ai collettori a riflettore Fresnel, dai collettori a torre a quelli parabolico-lineari.

Collettori parabolici lineari

I collettori parabolici lineari sono pannelli ricurvi che riflettono la luce su di un asse centrale, dove scorre il fluido termovettore. Il fluido viene riscaldato dall'energia solare fino a raggiungere circa 150-300 ºC. Questi pannelli ricurvi seguono il Sole durante la giornata per massimizzare l'energia prodotta.

Collettori a riflettore Fresnel

Esistono poi i collettori a specchi lineari a riflettore Fresnel. Sono composti da diverse file di specchi piani inclinati che focalizzano la radiazione solare su tubi sopraelevati. Sfruttano il principio della lente di Fresnel, inventata da Augustin-Jean Fresnel nel 1827, che permette di costruire ottiche meno ingombranti e spesso impiegate nei fari. All'interno dei tubi scorre il fluido termovettore che alimenta una turbina vapore come descritto in precedenza. I vantaggi sono molteplici: hanno una maggiore superficie riflettente a parità di superficie utilizzata rispetto alla soluzione precedente e gli specchi piani sono più economici dei precedenti.

Collettori a torre

I collettori a torre sono sistemi di specchi riflettenti che focalizzano la radiazione in un solo ricevitore centrale, posto sulla sommità di una torre. Anche in questo caso i collettori inseguono il Sole per massimizzare l'efficienza.

Collettori parabolico-circolari

Infine i collettori parabolico-circolari sono costituiti da pannelli a forma di calotta sferica – dove il fluido termovettore è focalizzato in un solo punto, chiamato fuoco. I pannelli inseguono il Sole per massimizzare l'efficienza e poiché concentrano l'energia in un solo punto, raggiungono temperature più elevate.

Gli impianti nel mondo e in Italia

In funzione dal 1970, il forno solare di Odeillo situato nei Pirenei Orientali francesi può raggiungere temperature di 3500 °C. Questo impianto sfrutta dei collettori parabolici e il calore fornito può essere utilizzato per generare elettricità, produrre idrogeno o nanomateriali, e fondere l'acciaio.

In California è in funzione uno dei sistemi più grandi al mondo: il(SEGS), un impianto a che comprende quasi un milione di collettori parabolici lineari. Dal 1984 in poi si sono costruiti diversi impianti in tre zone, per un totale di 354 MW.

Sempre in California c'è il Ivanpah Solar Electric Generating System che sfrutta i collettori a torre. Questo impianto è operativo dal 2014 e ha una potenza netta di 377 MW.

E in Italia? Dal 2010 a Priolo Gargallo, in provincia di Siracusa, è operativa la centrale solare termodinamica Archimede, presso la Centrale Elettrica ENEL Archimede. Si tratta di un impianto di piccole dimensioni, 5 MW, con collettori parabolico-lineari per soddisfare il fabbisongo di 4000 famiglie. Questo impianto è il primo al mondo ad utilizzare la tecnologia dei sali fusi integrata con un impianto a ciclo combinato a gas.