L'energia solare termica continua a sbuffare anche quando il sole tramonta. Guarda altre immagini di vita verde. AP Photo/SkyFuel, Jack Dempsey La maggior parte di noi non pensa molto alla provenienza della nostra elettricità, solo che è disponibile e abbondante. Elettricità generata bruciando combustibili fossili come carbone, petrolio e gas naturale, emette anidride carbonica, ossidi di azoto e ossidi di zolfo:i gas che gli scienziati ritengono contribuiscano al cambiamento climatico. Energia solare termica (calore) è un prodotto privo di carbonio, alternativa rinnovabile all'energia che generiamo con combustibili fossili come carbone e gas. Questa non è una cosa del futuro, o. Tra il 1984 e il 1991, gli Stati Uniti hanno costruito nove impianti di questo tipo nel deserto del Mojave in California, e oggi continuano a fornire una capacità combinata di 354 megawatt all'anno, potenza utilizzata in 500, 000 case californiane [fonte:Hutchinson]. Potenza affidabile, a quel. Nel 2008, quando sei giorni di picco della domanda hanno bloccato la rete elettrica e causato interruzioni dell'elettricità in California, quegli impianti solari termici hanno continuato a produrre al 110% della capacità [fonte:Kanellos].
Ti chiedi dove sia stata la tecnologia da allora? Negli anni '90, quando i prezzi del gas naturale crollarono, così ha fatto l'interesse per l'energia solare termica. Oggi, anche se, la tecnologia è pronta per un ritorno. È stato stimato dai laboratori nazionali per le energie rinnovabili degli Stati Uniti che l'energia solare termica potrebbe fornire centinaia di gigawatt di elettricità, pari a oltre il 10% della domanda negli Stati Uniti [fonte:LaMonica].
Scuoti dalla testa l'immagine dei pannelli solari:quel tipo di domanda richiederà centrali elettriche. Ci sono due modi principali per generare energia dal sole. Fotovoltaico ( PV ) e solare termico a concentrazione ( CST ), note anche come tecnologie di energia solare a concentrazione (CSP).
Il fotovoltaico converte la luce solare direttamente in elettricità. Queste celle solari si trovano solitamente ad alimentare dispositivi come orologi, occhiali da sole e zaini, oltre a fornire energia in aree remote.
In confronto, la tecnologia solare termica è su larga scala. Una grande differenza rispetto al fotovoltaico è che gli impianti solari termici generano elettricità indirettamente. Il calore dei raggi solari viene raccolto e utilizzato per riscaldare un fluido. Il vapore prodotto dal fluido riscaldato alimenta un generatore che produce elettricità. È simile al modo in cui funzionano le centrali elettriche che bruciano combustibili fossili, tranne per il fatto che il vapore è prodotto dal calore raccolto piuttosto che dalla combustione dei combustibili fossili.
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trogoli parabolici, come quelli usati in Colorado, concentrare l'energia del sole a temperature elevate. AP Photo/SkyFuel, Jack Dempsey Esistono due tipi di impianti solari termici:passivi e attivi. Un sistema passivo non richiede apparecchiature, come quando il calore si accumula all'interno della tua auto quando viene lasciata parcheggiata al sole. Un sistema attivo richiede un modo per assorbire e raccogliere la radiazione solare e quindi immagazzinarla.
Gli impianti solari termici sono sistemi attivi, e mentre ci sono alcuni tipi, ci sono alcune somiglianze di base:gli specchi riflettono e concentrano la luce solare, e i ricevitori raccolgono quell'energia solare e la convertono in energia termica. Un generatore può quindi essere utilizzato per produrre elettricità da questa energia termica.
Il tipo più comune di centrali solari termiche, comprese quelle piante nel deserto del Mojave in California, usare un trogolo parabolico design per raccogliere la radiazione solare. Questi collettori sono noti come sistemi di concentratori lineari, e i più grandi sono in grado di generare 80 megawatt di elettricità [fonte:Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti]. Hanno la forma di un half-pipe che vedresti usato per lo snowboard o lo skateboard, e hanno lineare, riflettori a forma parabolica ricoperti da più di 900, 000 specchi allineati nord-sud e in grado di ruotare per seguire il sole mentre si sposta da est a ovest durante il giorno. A causa della sua forma, questo tipo di impianto può raggiungere temperature di esercizio di circa 750 gradi F (400 gradi C), concentrando i raggi del sole da 30 a 100 volte la loro normale intensità su tubi di fluido termovettore o pieni di acqua/vapore [fonte:Energy Information Administration]. Il fluido caldo viene utilizzato per produrre vapore, e il vapore fa girare una turbina che alimenta un generatore per produrre elettricità.
Mentre i progetti parabolici possono funzionare a piena potenza come impianti di energia solare, sono più spesso usati come ibridi solari e combustibili fossili, aggiungendo capacità di combustibili fossili come backup.
Sistemi a torre di energia solare sono un altro tipo di impianto solare termico. Le torri elettriche si affidano a migliaia di eliostati , che sono grandi, specchietti solari piatti, per focalizzare e concentrare la radiazione solare su un singolo ricevitore montato su torre. Come trogoli parabolici, fluido termovettore o acqua/vapore viene riscaldato nel ricevitore (torri elettriche, anche se, sono in grado di concentrare l'energia del sole fino a 1, 500 volte), eventualmente convertito in vapore e utilizzato per produrre elettricità con una turbina e un generatore.
I progetti di torri elettriche sono ancora in fase di sviluppo, ma un giorno potrebbero essere realizzati come centrali elettriche connesse alla rete che producono circa 200 megawatt di elettricità per torre.
Un terzo sistema è il parabola/motore solare . Rispetto al trogolo parabolico e alle torri di potenza, i sistemi di piatti sono piccoli produttori (da circa 3 a 25 kilowatt). Ci sono due componenti principali:il concentratore solare (il piatto) e l'unità di conversione di potenza (il motore/generatore). Il piatto è puntato e segue il sole e raccoglie l'energia solare; è in grado di concentrare quell'energia di circa 2, 000 volte. Un ricevitore termico, una serie di tubi riempiti con un fluido di raffreddamento (come idrogeno o elio), si trova tra il piatto e il motore. Assorbe l'energia solare concentrata dal piatto, lo converte in calore e invia quel calore al motore dove diventa elettricità.
I sistemi solari termici sono una promettente soluzione di energia rinnovabile:il sole è una risorsa abbondante. Tranne quando è notte. O quando il sole è bloccato dalla copertura nuvolosa. Accumulo di energia termica ( TES ) sistemi sono serbatoi di accumulo di liquidi ad alta pressione utilizzati insieme a un sistema solare termico per consentire agli impianti di accumulare diverse ore di potenziale elettricità. Lo stoccaggio non di punta è un componente fondamentale per l'efficacia degli impianti solari termici.
Tre tecnologie primarie TES sono state testate dagli anni '80, quando furono costruite le prime centrali solari termiche:un sistema diretto a due serbatoi, un sistema indiretto a due serbatoi e un sistema termoclino a serbatoio singolo.
In un sistema diretto a due serbatoi , l'energia solare termica viene immagazzinata proprio nello stesso fluido termovettore che l'ha raccolta. Il fluido è diviso in due serbatoi, un serbatoio conservandolo a bassa temperatura e l'altro ad alta temperatura. Il fluido immagazzinato nel serbatoio a bassa temperatura passa attraverso il collettore solare della centrale elettrica dove viene riscaldato e inviato al serbatoio ad alta temperatura. Il fluido immagazzinato ad alta temperatura viene inviato attraverso uno scambiatore di calore che produce vapore, che viene poi utilizzato per produrre elettricità nel generatore. E una volta che è passato attraverso lo scambiatore di calore, il fluido ritorna quindi nel serbatoio a bassa temperatura.
UN sistema indiretto a due serbatoi funziona sostanzialmente come il sistema diretto tranne che funziona con diversi tipi di fluidi termovettori, di solito quelli che sono costosi o non destinati all'uso come fluido di stoccaggio. Per superare questo, i sistemi indiretti fanno passare i fluidi a bassa temperatura attraverso uno scambiatore di calore aggiuntivo.
A differenza dei sistemi a due serbatoi, il sistema termoclino a vasca singola immagazzina energia termica come un solido, solitamente sabbia silicea. All'interno del singolo serbatoio, parti del solido sono mantenute a temperature da basse ad alte, in un gradiente di temperatura, a seconda del flusso del fluido. Ai fini della conservazione, fluido termovettore caldo scorre nella parte superiore del serbatoio e si raffredda mentre viaggia verso il basso, uscire come un liquido a bassa temperatura. Per generare vapore e produrre elettricità, il processo è invertito.
I sistemi solari termici che utilizzano olio minerale o sale fuso come mezzo di trasferimento del calore sono ideali per TES, ma sfortunatamente senza ulteriori ricerche, i sistemi che funzionano ad acqua/vapore non sono in grado di immagazzinare energia termica. Altri progressi nei fluidi termovettori includono la ricerca su fluidi alternativi, utilizzando materiali a cambiamento di fase e nuovi concetti di accumulo termico nel tentativo di ridurre i costi di stoccaggio e migliorare le prestazioni e l'efficienza.
Lisa Kivirist e John Ivanko stanno accanto a un sistema solare termico che riscalda una serra nel loro bed and breakfast. AP Photo/Andy Manis L'idea di utilizzare materiali di massa termica - materiali che hanno la capacità di immagazzinare calore - per immagazzinare l'energia solare è applicabile a più di semplici centrali solari termiche e impianti di stoccaggio su larga scala. L'idea può funzionare in qualcosa di così comune come una serra.
Tutte le serre intrappolano l'energia solare durante il giorno, solitamente con il vantaggio del posizionamento esposto a sud e di un tetto spiovente per massimizzare l'esposizione al sole. Ma una volta che il sole tramonta, cosa deve fare un coltivatore? Le serre solari termiche sono in grado di trattenere quel calore termico e utilizzarlo per riscaldare la serra di notte.
pietre, cemento e acqua o barili pieni d'acqua possono essere usati come semplici, materiali a massa termica passiva (dissipatori di calore), catturare il calore del sole durante il giorno e irradiarlo di notte.
Aspirazioni più grandi? Applica le stesse idee utilizzate nelle centrali solari termiche (anche se a un livello molto più piccolo) e sei sulla buona strada per crescere tutto l'anno. Serre solari termiche, chiamate anche serre solari attive, richiedono le stesse basi di qualsiasi altro sistema solare termico:un collettore solare, un serbatoio per l'acqua, tubi o tubazioni (interrati nel pavimento), una pompa per spostare il fluido termovettore (aria o acqua) nel collettore solare verso l'accumulo e l'elettricità (o un'altra fonte di energia) per alimentare la pompa.
In uno scenario, l'aria che si raccoglie nella sommità del tetto della serra viene aspirata attraverso tubi e sotto il pavimento. Durante il giorno, quest'aria è calda e riscalda la terra. Di notte, l'aria fresca viene aspirata nei tubi. La terra calda riscalda l'aria fresca, che a sua volta riscalda la serra. In alternativa, l'acqua viene talvolta utilizzata come mezzo di trasferimento del calore. L'acqua viene raccolta e riscaldata dal sole in un serbatoio di accumulo esterno e quindi pompata attraverso i tubi per riscaldare la serra.
L'energia solare termica ha un grande potenziale perché la tecnologia è già tutta lì. Guang Niu/Getty Images Proprio come le serre solari termiche sono un modo per applicare le tecnologie solari termiche a un'esigenza quotidiana, camini solari termici, o camini termici, sfruttare anche i materiali di massa termica. I camini termici sono sistemi di ventilazione solare passiva, il che significa che non sono meccanici. Esempi di ventilazione meccanica includono la ventilazione di tutta la casa che utilizza ventilatori e condotti per scaricare l'aria viziata e fornire aria fresca. Attraverso principi di raffreddamento convettivo, i camini termici consentono l'ingresso di aria fresca mentre spingono l'aria calda dall'interno verso l'esterno. Progettato in base al fatto che l'aria calda sale, riducono il calore indesiderato durante il giorno e scambiano l'aria interna (calda) con l'aria esterna (fredda).
I camini termici sono tipicamente realizzati in nero, massa termica cava con un'apertura in alto per l'espulsione dell'aria calda. Le aperture di ingresso sono più piccole delle uscite di scarico e sono posizionate a un'altezza da bassa a media in una stanza. Quando l'aria calda sale, fuoriesce attraverso l'uscita di scarico esterna, all'esterno o in una tromba delle scale o atri aperti. Mentre questo accade, una corrente ascensionale aspira aria fresca attraverso le prese d'aria.
Di fronte al riscaldamento globale, l'aumento dei costi del carburante e una domanda sempre crescente di energia, il fabbisogno energetico dovrebbe aumentare di quasi l'equivalente di 335 milioni di barili di petrolio al giorno, principalmente per l'elettricità [fonte:Meisen]. Che sia grande o piccolo, dentro o fuori dalla rete, una delle grandi cose dell'energia solare termica è che esiste proprio ora, nessuna attesa. Concentrando l'energia solare con materiali riflettenti e convertendola in elettricità, moderne centrali solari termiche, se adottato oggi come parte indispensabile della generazione di energia, potrebbe essere in grado di fornire elettricità a più di 100 milioni di persone nei prossimi 20 anni [fonte:Brakmann]. Tutto da una grande risorsa rinnovabile:il sole.
