L'inesauribile dono del Sole

La definizione di energia solare può sembrare scontata ma non lo è. L'energia solare può essere definita come l’energia che il Sole trasmette alla Terra sotto forma di onde elettromagnetiche. L’energia che ci arriva dal Sole produce tutte le forme di energia rinnovabile a noi note: è il Sole che causa il riscaldamento dell’atmosfera, i venti, le onde, le maree, la crescita dei vegetali (inclusi quelli che, milioni di anni fa, hanno prodotto i combustibili fossili) e anche l’energia geotermica, residuo della formazione del nostro pianeta dall’aggregazione delle polveri che orbitavano attorno al Sole all’inizio della sua storia. L’utilizzo di questa immensa risorsa è un tema d’attualità che trascende i decenni e addirittura i secoli. “Scommetterei i miei soldi sul Sole e sull'energia solare. Che gran fonte di energia! Spero che non dovremo aspettare l'esaurimento del petrolio e del carbone prima di puntare su di essa”. Queste parole di Thomas Edison risalgono al 1931 ma sono ancora di estrema attualità. Lungo il sentiero verso la decarbonizzazione il Sole, infatti, continua a recitare tutt’oggi un ruolo fondamentale. Il recente studio Net-Zero America: Potential Pathways, Infrastructure and Impacts della Princeton University prefigura il futuro energetico degli Stati Uniti: in 4 dei 5 scenari delineati, la capacità di generare energia solare ed eolica dovrebbe essere quadruplicata entro il 2030 in modo da coprire metà del fabbisogno di elettricità della nazione. Numeri che indicano quale sia il percorso da compiere a livello globale e anche in Europa, ovviamente.

Nel Vecchio Continente il fotovoltaico –lo sfruttamento della luce solare per produrre direttamente energia elettrica– è in forte espansione: una crescita così netta non si registrava da molti anni, almeno da quando, nel 2010-2011, si era verificato il primo boom di nuove installazioni trainate da Germania e Italia, grazie soprattutto agli incentivi fiscali ed economici. La situazione europea sembra molto promettente: la Spagna, pur essendo un vecchio mercato che per anni ha attraversato una forte stagnazione del settore, è tornata al primo posto in Europa con 4,7 GW installati nel 2019. A seguire troviamo Germania, Olanda e Francia, con rispettivamente 4, 2,5 e 1,1 GW di nuova capacità installati nell’anno in corso. A sorpresa, al quinto posto si attesta la Polonia, con 784 MW, ben quattro volte in più rispetto ai suoi dodici mesi precedenti.

L’Italia, invece, secondo le stime di SPE, con 598 MW si posiziona all’ottavo posto, dietro Ungheria e Belgio, in crescita rispetto al 2018 (+100 MW circa). Tuttavia, per rimanere in linea con l’obiettivo fissato dal Piano nazionale sull’energia e il clima (PNIEC), pari a 26,8 GW di fotovoltaico nel 2025, la crescita italiana dovrebbe progredire molto più velocemente fino ad attestarsi a 1 GW di nuova produzione media annua. Il limite di questo tipo di fonte energetica, però, è la sua intermittenza e variabilità perché, per definizione, il Sole splende solo di giorno e con durata e intensità che dipendono dalla latitudine, dalla stagione e dalle condizioni meteo.

Nel Centro Ricerche Eni per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente sono state sperimentate e sviluppate tre tecnologie per sfruttare l’energia solare con notevoli vantaggi rispetto ai pannelli fotovoltaici tradizionali.

• Celle fotovoltaiche Organiche (OPV)
  
• Concentratori Solari Luminescenti (LSC)
• Specchi Solari a Concentrazione (CSP)

Queste tecnologie sono state pensate nell’ottica di un’applicazione industriale volta a migliorare efficienza energetica e sostenibilità.

Le celle fotovoltaiche organiche, chiamate Organic PhotoVoltaics (OPV), sono celle solari sottili e flessibili costituite da speciali inchiostri stampati su un semplice supporto. Fra i vantaggi di queste celle prive di Silicio c’è l’estrema versatilità: non ci sarà bisogno di installarle su tralicci montati sui tetti ma potrebbero essere stampate direttamente su piastrelle, mattoni, tegole e entrare direttamente a fare parte degli elementi costitutivi di un edificio. A differenza dei pannelli al Silicio, gli OPV funzionano anche in condizioni di luce diffusa: all’alba, al tramonto, quando è nuvoloso o c’è la nebbia. Per questo non hanno bisogno di essere posizionati esattamente a Sud e con una precisa angolazione ma possono essere installati su tutte le superfici delle case, pareti verticali incluse.

Un’altra innovazione tecnologica sviluppata al Centro Ricerche Eni per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente è costituita dai concentratori solari luminescenti (LSC). Si tratta di speciali finestre trasparenti e colorate in grado di produrre energia e di regolare la luminosità e la temperatura dell’ambiente in cui sono montate. In questo modo non solo si genera elettricità ma si può risparmiare sulle spese di riscaldamento o di condizionamento. Su un edificio, oltre ai pannelli solari al Silicio disposti sul tetto a sud, si potrebbe installare anche una combinazione di queste due tecnologie (gli OPV sulle pareti e su tutte le superfici opache e gli LSC nelle finestre, nei lucernari e in tutte le superfici trasparenti). In entrambi i casi, si potranno sfruttare tutte le pareti esposte su tutti i punti cardinali per piazzare celle OPV, mentre tutte le finestre su tutti i lati potrebbero essere dotate di tecnologia LSC.

Tra le tecnologie che sfruttano l’energia del Sole c’è anche il solare a concentrazione (CSP). Il principio di funzionamento è semplice: uno specchio a parabola concentra i raggi del Sole in un unico punto detto fuoco generando una temperatura di circa 550 °C. Nello stesso punto passa un tubo –detto tubo ricevitore– in cui scorre un fluido in grado di immagazzinare calore che, grazie a uno scambiatore, viene poi utilizzato per generare vapore industriale o per far girare una turbina e produrre energia elettrica. l’uso di un fluido termovettore con composizione ottimizzata fa sì che si possa mantenere in funzione l’impianto anche di notte, riutilizzando il calore assorbito durante il giorno. Per rendere più interessante dal punto di vista industriale il solare a concentrazione lo abbiamo reso più efficiente, economico e versatile intervenendo sullo specchio, sul rivestimento del tubo del circuito, sul fluido termovettore e sul design complessivo.

Il vantaggio della tecnologia CSP è la sua economicità, semplicità e versatilità, caratteristiche che la rendono applicabile in modo facile e capillare anche in distretti lontani da infrastrutture logistiche oltre che in ambito cittadino. Grazie alla possibilità di immagazzinare energia, gli impianti offrono un servizio che non è correlato strettamente al periodo di disponibilità della radiazione solare e che può essere modulato a seconda delle esigenze energetiche dell’utenza. Il solare a concentrazione è quindi una risorsa con grande potenziale e può avere un ruolo importante lungo il sentiero diretto verso un futuro a zero emissioni.