I sistemi di produzione dell’energia solari a concentrazione (CSP) utilizzano specchi o lenti per concentrare una grande area di raccolta dei raggi solari, e quindi di energia termica, su una piccola superficie.
L’energia elettrica è prodotta quando i raggi solari concentrati vengono convertiti in calore, che va ad alimentare un motore termico (tipicamente una turbina a vapore) collegato ad un generatore elettrico.
Esistono due tipi di impianti solari a concentrazione: a collettori parabolici o torre centrale.
Impianto solare a collettori parabolici
L'impianto a collettori parabolici lineari è formato da specchi parabolici - che ruotano su un solo asse - che riflettono e concentrano la luce diretta del sole su un tubo ricevitore posto nel fuoco del paraboloide.
Dentro il tubo scorre un fluido (detto fluido termovettore perché adatto ad immagazzinare e
trasportare calore), che assorbe l'energia e la trasporta in un serbatoio di accumulo, necessario se si vuole supplire ai momenti di scarsa o nulla insolazione (come la notte).
L'accumulo è in contatto termico con uno scambiatore di calore, che attraverso una caldaia genera vapore; questo viene utilizzato per muovere delle turbinecollegate a loro volta a degli alternatori (il complesso turbina-alternatore è detto anche turboalternatore) per produrre così corrente elettrica.
Il fluido termovettore può essere olio diatermico (centrali di 1ª generazione) oppure, secondo gli sviluppi di questi ultimi anni, una miscela di sali che fondono alle temperature di esercizio della centrale e per questo detti sali fusi (centrali di 2ª generazione).
La temperatura più alta raggiunta dai sali fusi (anche fino a 550 °C) rispetto all'olio diatermico consente una migliore resa energetica finale grazie alla possibilità di accoppiamento con centrali a recupero di calore dai fumi di scarico, più efficienti delle centrali standard e che lavorano a temperature più alte.
Con l'utilizzo di miscele a sali fusi è possibile inoltre migliorare la capacità di accumulo termico dell'impianto, prolungandone la produttività anche fino ad alcuni giorni senza esposizione al sole.
Una volta "catturata" l'energia del Sole (sorgente) il processo di produzione ovvero conversione in energia elettrica è quindi del tutto analogo a quanto avviene in una comune centrale termoelettrica.
Gli specchi concentratori sono completamente automatizzati in modo da inseguire costantemente il Sole nel suo moto apparente in cielo (sono detti per questo eliostati), massimizzando così la resa di captazione solare durante l'intero arco della giornata. In caso di forte vento è previsto l'abbassamento verso terra degli specchi in modo da evitare rotture, posizione utilizzata anche per pulire gli specchi.
Impianto solare a torre centrale
Esistono anche centrali solari con un sistema di specchi riflettenti indipendenti che inseguono il sole e concentrano i suoi raggi su un ricevitore fisso posto alla sommità di una struttura a torre posta al centro dell'impianto. In questo caso si parla di impianto a torre centrale o centrale solare a torre. Nel ricevitore al vertice della torre scorre il fluido termovettore che trasferisce il calore a un generatore di vapore, che alimenta un turboalternatore. Con questo sistema si possono raggiungere fattori di concentrazione, e quindi temperature, superiori rispetto ai collettori parabolici lineari.
Planta Solar 20 o PS20 (in foto qui sopra) è un impianto solare termico, di tipo a concentrazione solare per la produzione di energia elettrica che sorge nella località di Sanlúcar la Mayor, presso Siviglia, in Spagna.
L'impianto, che sorge a fianco del suo predecessore (la torre PS 10, potente circa la metà), è la torre solare più potente al mondo con una potenza di 20 megawatt. Alta 165 metri, la torre produce elettricità attraverso il calore generato dalla riflessione di 1255 grandi specchi mobili detti eliostati.
La PS20 copre il fabbisogno energetico di 10mila appartamenti e risparmiando all'atmosfera circa 12mila tonnellate di emissioni di CO2 all'anno.
La costruzione di PS20 è stata possibile grazie al successo dell'impianto limitrofo PS10, il primo impianto solare dimostrativo del programma di Ricerca Europea.
Inoltre da più di dieci anni nel 5° e 6° programma di ricerca Ue sono stati stanziati 25 milioni di euro come finanziamento ai progetti capaci di sviluppare, validare, dimostrare e diffondere le differenti tecnologie per le centrali solari a concentrazione (CPS). A questi stanziamenti si sono aggiunti importanti fondi privati che rappresentano dieci volte gli investimenti del programma di ricerca.
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