Il solare termodinamico a concentrazione

Solare termodinamico a concentrazioneSolare termodinamico a concentrazione, una tecnologia ancora poco sfruttata.

Dalle principali domande dei miei clienti o dei lettori del blog, noto che tra gli impianti ad energie rinnovabili, il solare termodinamico a concentrazione è tra le tecnologie meno conosciute. Penso, invece, che dovrebbe essere sfruttata molto di più perché sa essere decisamente efficiente in diversi contesti.

Tra l’altro non tutti sanno che è ancora fortemente incentivata dal conto energia, esattamente come lo era il fotovoltaico anni fa.

Quindi, se la tua idea è quella di investire in energie rinnovabili è bene che tu conosca anche il solare a concentrazione, prima di prendere qualche decisione.

Vediamo prima di tutto cos’è e come funziona.

Il solare termodinamico a concentrazione è un sistema che sfrutta il calore del sole per produrre energia elettrica.

È composto da due impianti che svolgono funzioni diverse. Il primo ha il compito di concentrare i raggi solari per raggiungere alte temperature, il secondo sfrutta il calore per produrre energia elettrica.

Per spiegarti il funzionamento di un impianto solare termodinamico a concentrazione, è bene prima scomporlo in due e cominciare a vedere la prima parte, cioè i collettori che concentrano i raggi solari.

Questa parte di impianto è composta da specchi che riflettono e concentrano i raggi solari in un unico punto chiamato fuoco.

Esistono diversi tipi di collettori a concentrazione solare:

  • collettori parabolici lineari
  • collettori lineari a riflettore Fresnel
  • torre di energia solare
  • collettori a riflettore parabolico circolare

Qui sotto ti descrivo brevemente il loro funzionamento. Cerco di farlo in maniera meno tecnica possibile in modo da essere comprensibile anche per chi non è “addetto ai lavori”.

Ho inserito delle immagini per maggiore chiarezza. In qualunque caso, in fondo all’articolo puoi chiedermi qualsiasi tipo di chiarimento a riguardo!

Dopo la descrizione dei collettori ti mostrerò il funzionamento della seconda parte dell’impianto, in cui viene sfruttato il calore per produrre energia. Quindi leggi l’articolo fino alla fine in modo da non perderti qualche pezzo!

Collettori parabolici lineari

Questi collettori sono formati da specchi parabolici posizionati in fila uno dopo l’altro. Nel loro asse centrale (fuoco) è posizionato un tubo nel quale scorre un fluido in grado di trasportare il calore (generalmente olio diatermico o sali fusi).

Gli specchi catturano la radiazione solare e la concentrano sul tubo portandolo ad una temperatura che può arrivare anche a 600°. Per sfruttare al massimo la radiazione solare, questi collettori hanno un sistema automatico che li ruota verso l’alto o verso il basso in base alla posizione del sole.

Collettori lineari a riflettore Fresnel

Qui invece non ci sono specchi parabolici. Si tratta sempre di una centrale termodinamica a concentrazione, ma qui, gli specchi sono piani e posizionati nella parte bassa dell’impianto.

Anche qui gli specchi seguono il sole muovendosi su un solo asse.

Il tubo con il fluido, invece, è nella parte alta. Sicuramente guardando l’immagini puoi farti un’idea più precisa dell’impianto.

Torre di energia solare

Questa centrale termodinamica è formata da una serie di specchi indipendenti che inseguono totalmente il sole ed una torre centrale su cui è posizionato il ricevitore (fuoco).

Tutti gli specchi solari della centrale riflettono i raggi solari su un unico punto in cima a questa torre.

All’interno del ricevitore è presente la caldaia con il liquido termovettore che viene scaldato ad altissime temperature (dopo vedremo come verrà utilizzato).

Collettori a riflettori parabolici circolari

In questo caso gli specchi sono parabolici come nel primo caso ma circolari. Questi specchi riflettono i raggi solari sul ricevitore che è posto al centro della parabola, come puoi vedere nella foto.

Anche qui, come nel caso della torre di energia solare, il ricevitore è di tipo puntale, mentre nei primi due casi si parla di ricevitore lineare.

Questi collettori sono totalmente indipendenti ed inseguono il sole in maniera indipendente.

Questi che ho descritto sopra sono i principali tipi di collettori solari a concentrazione. Come ti ho spiegato prima, i collettori hanno la funzione di concentrare i raggi solari sul ricevitore portando a temperature elevate il fluido termovettore che scorre all’interno.

Che cosa ce ne facciamo, ora, di questo fluido ad alta temperatura?

Qui vediamo la seconda parte dell’impianto.

Esistono diverse tecnologie per questa seconda parte del sistema:

  • turbina a vapore
  • turbina ORC

Turbina a vapore

Questa tecnologia viene generalmente usata per impianti di taglia grande (diversi MWp) e necessita di temperature molto alte. In questo caso il fluido termovettore trasferisce il calore a dell’acqua (fluido di lavoro) attraverso uno “scambiatore di calore”. Quest’acqua, ad alte temperature (fino a 550°-600°) si trasforma in vapore ad alta pressione. Il vapore viene diretto nella turbina facendola girare e azionado il generatore di corrente.

Si tratta di una tecnologia molto efficiente ma anche molto costosa, ed è per quello che non viene utilizzata per impianti di piccola taglia.

Te lo rispiego in sintesi:

  1. I raggi del sole concentrati dagli specchi scaldano il fluido termovettore (olio, sali fusi, etc…)
  2. Il fluido termovettore scalda l’acqua che diventa vapore
  3. Il vapore in pressione viene spinto nella turbina
  4. La turbina aziona il generatore di corrente

Turbina ORC

Il meccanismo della turbina ORC è simile a quello della turbina a vapore, ma al posto dell’acqua viene utilizzato un fluido organico come fluido di lavoro. Quindi il fluido termovettore scaldato dai collettori solari trasferirà calore al fluido organico che, evaporando, finirà nella turbina collegata al generatore di corrente. Come tecnologia è più economica di quella a vapore e può essere utilizzata per impianti di taglia inferiore (da qualche decina di kWp in su). L’efficienza del sistema è, però, inferiore rispetto alla turbina a vapore.

Sintetizzo anche qui:

  1. I raggi del sole concentrati dagli specchi scaldano il fluido termo-vettore (olio, sali fusi, etc…)
  2. Il fluido termo-vettore scalda il fluido organico
  3. Il fluido organico espanso ed in pressione viene spinto nella turbina
  4. La turbina aziona il generatore di corrente
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