COME FUNZIONA UN IMPIANTO SOLARE TERMODINAMICO

Martedì, 21 Novembre 2017 | 10:49

SOLARE TERMODINAMICO

Il Solare termodinamico o solare a concentrazione (CSP: Concentrated Solar Power) utilizza l’energia solare per produrre calore ad alta temperatura in modo analogo all’impiego dei combustibili fossili nelle convenzionali centrali termiche. Il calore così prodotto può essere utilizzato nella produzione di energia elettrica o in vari processi industriali (ad esempio desalinizzazione dell’acqua di mare, produzione di idrogeno da processi termochimici…), riducendo in questo modo il consumo di combustibili ed eliminando le emissioni di inquinanti nell’atmosfera.
Questa tecnologia si basa sull’uso di opportuni sistemi ottici (concentratore), che raccolgono ed inviano la radiazione solare diretta su un componente (ricevitore), dove viene trasformata in calore ad alta temperatura trasferito ad un fluido. Il parametro che caratterizza questi sistemi è il fattore di concentrazione. Tanto più alto è questo fattore, tanto più alta sarà la temperatura che è possibile raggiungere.

Gli impianti di ultima generazione che utilizzano il solare termodinamico a concentrazione producono energia elettrica ed acqua calda. Sono sistemi di cogenerazione che, grazie ad un motore Stirling di piccola taglia, consentono il raggiungimento di una efficienza media annua di almeno il 55,2% (elettrica al 13,8% e termica al 41,4%). Grazie al nuovo decreto sulle FER non fotovoltaiche del 6 luglio 2012, questi sistemi beneficiano di un incentivo sulla produzione elettrica di 0,36 € al Kwh oltre alla vendita dell'energia per 25 anni. L'incentivo verrà concesso agli impianti allacciati in rete a partire dal 1 gennaio 2013.
A parità di potenza nominale installata, i sistemi a concentrazione producono fino al 40% in più di energia elettrica rispetto ad un normale pannello fotovoltaico.

 

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Nell’ambito degli impianti solari a concentrazione si possono identificare fondamentalmente tre diverse tecnologie, che presentano differenti situazioni di sviluppo tecnologico e commerciale:

Dischi Parabolici

I dischi parabolici utilizzano pannelli riflettenti di forma parabolica che inseguono il movimento del sole attraverso un meccanismo di spostamento su due assi e concentrano continuamente la radiazione solare su un ricevitore montato nel punto focale. Il calore ad alta temperatura viene normalmente trasferito ad un fluido utilizzato in un motore (Stirling), posizionato al di sopra del ricevitore, dove viene prodotta direttamente energia elettrica.

La forma ideale del concentratore è un paraboloide di rivoluzione. Alcuni concentratori approssimano tale forma geometrica utilizzando un insieme di specchi con profilo sferico montati su una struttura di supporto.

Torre Solare

La torre solare utilizza pannelli riflettenti piani (eliostati) che inseguono il movimento del sole su due assi, concentrando la luce solare su un ricevitore, montato sulla sommità di una torre, all’interno del quale viene fatto circolare un fluido per l’asportazione del calore solare. Il principio di funzionamento è analogo a quello dei sistemi a dischi parabolici, con il concentratore costituito da Online Pokies un elevato numero di eliostati a formare una superficie riflettente di migliaia di metri quadrati (campo solare). I raggi solari che colpiscono ogni eliostato vengono riflessi su un punto unico, fisso nel tempo, che funge da punto focale del paraboloide. Nei collettori parabolici il concentratore ha un profilo parabolico lineare, con superfici riflettenti che inseguono il sole, attraverso un meccanismo di rotazione su un solo asse, per focalizzare la radiazione solare su un tubo ricevitore posizionato lungo il fuoco della parabola. L’energia solare assorbita dal tubo ricevitore è trasferita ad un fluido di lavoro che viene fatto fluire al suo interno.

Un’evoluzione dei collettori parabolici lineari, è il sistema di concentratori lineari Fresnel. In questo sistema il concentratore parabolico è costituito da segmenti di specchi piani disposti secondo il principio della lente Fresnel, con il tubo ricevitore posizionato nel punto focale. In questo caso la movimentazione riguarda solo il concentratore mentre il tubo ricevitore è fisso. Per quanto riguarda le prestazioni, i sistemi con puntamento su due assi, cioè le torri e i dischi, consentono di concentrare maggiormente la radiazione solare (oltre 1000 volte contro le 100 dei sistemi ad un solo asse) e di raggiungere temperature più elevate. Ciò comporta rendimento più elevato nella produzione di energia elettrica, ma anche maggiore complessità tecnologica. Dal punto di vista dello sviluppo tecnologico, i collettori parabolici lineari hanno raggiunto la piena maturità commerciale, anche se ci sono ancora grossi margini di miglioramento. Le altre tecnologie sono essenzialmente in fase dimostrativa o preindustriale, anche se non mancano applicazioni commerciali.

Impianti a Collettori Parabolici

Gli impianti a collettori parabolici di nuova generazione utilizzano miscele di sali fusi come fluido termovettore e come mezzo di accumulo termico. La tecnologia dei sali fusi è utilizzata da tempo in campo industriale, per esempio nei trattamenti metallurgici in forma di “bagni statici”, ma rappresenta una novità come fluido circolante in reti di notevole estensione.

Un aspetto fondamentale delle tecnologie solari termodinamiche è la possibilità di accumulare energia in forma di calore ad alta temperatura. In questo modo è possibile disaccoppiare la raccolta dell’energia solare, legata al ciclo giorno–notte e alle condizioni atmosferiche, dalla produzione, legata invece alla domanda da parte degli utilizzatori. GRAZIE AL SISTEMA DI ACCUMULO TERMICO IL SOLARE TERMODINAMICO, PUR UTILIZZANDO UNA FONTE VARIABILE COME L’ENERGIA SOLARE, PUÒ, ENTRO CERTI LIMITI, ESSERE GESTITO COME UN IMPIANTO A COMBUSTIBILE FOSSILE, CIOÈ IN GRADO DI PROGRAMMARE LA PRODUZIONE. Il limite di questa possibilità è costituito dalla capacità dell’accumulo termico, che può essere definita in sede di progetto come punto di equilibrio tra il maggior costo di impianto e il maggior valore economico dell’energia prodotta in conseguenza della maggiore dispacciabilità.

 

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