L'energia del futuro, oggi: come funzionano i pannelli solari e gli eliostati?

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Risorse rinnovabili. È un problema che affrontiamo ogni giorno, che lo realizziamo o no. Con ogni pompa di una maniglia del gas, con ogni pressione dell'acceleratore di un'auto, con ogni spina dei nostri caricabatterie per smartphone, stiamo consumando carburante. E un giorno quel carburante si esaurirà. Allora perché non usiamo l'unica fonte di energia che non si esaurirà: il sole?

Il sole è un'entità magnifica. Fornisce al mondo energia sufficiente per alimentare tutta la civiltà. L'unico problema è come catturare e sfruttare quell'energia? A che serve un mucchio di energia libera se non riusciamo a convertirla in un mezzo utile? Qui sta il problema, ed è molto più difficile da risolvere di quanto tu possa immaginare.

“Apetta un minuto" tu dici, "abbiamo avuto l'elettricità solare commerciale dagli anni '80!"E avresti ragione nel dirlo. Tuttavia, il problema non è presente Come per convertire l'energia del sole in elettricità. Sappiamo già come farlo, ma non a un livello che può essere consumato in serie. Per comprendere i limiti dell'energia solare, dobbiamo sapere come funzionano i pannelli solari.

Quindi unitevi a me mentre scavo nei meccanismi interni dell'energia solare. Diamo un'occhiata più da vicino al processo coinvolto nella trasformazione della luce solare in una fonte di combustibile praticabile.

L'energia solare inizia, come ci si aspetterebbe, dal sole. Quella gigantesca palla di fuoco che pende nel cielo è la perfetta fonte di energia. A differenza del carbone, il sole non ostruisce la nostra atmosfera con anidride carbonica. È facilmente accessibile, quindi non dobbiamo andare in giro per il mondo. Lavorare con l'energia solare non rappresenta una minaccia per l'uomo (tranne forse per le scottature solari occasionali).

E soprattutto, l'energia solare è gratuita. Oltre alla costruzione dei recettori effettivi e alla manutenzione delle apparecchiature, l'energia solare non ha costi associati.

Quindi come fa tutto il lavoro?

L'energia è intorno a noi in diverse forme. La luce è energia. Il calore è energia. Il movimento è energia. L'immobilità è energia (potenziale). Il sole emana un'enorme quantità di luce e il nostro obiettivo è convertire quell'energia luminosa in qualcosa che possiamo usare, vale a dire l'energia elettrica.

Nella maggior parte dei casi, quando la luce colpisce un oggetto, viene convertito in energia termica. Ripensa alla tua ultima visita in spiaggia. Mentre ti sedevi al sole, la tua pelle diventava calda. È un semplice fatto della vita che abbiamo vissuto tutti. Ma esistono alcuni materiali che convertono la luce in energie diverse dal calore. Il silicio è uno di quei materiali.

Quando la luce colpisce il silicio, non si dissipa sotto forma di calore. Invece, gli elettroni nella molecola di silicio saltano in giro, producendo una corrente elettrica. Per utilizzare il silicio in questo modo, tuttavia, sono necessari cristalli di silicio di grandi dimensioni che siano abbastanza grandi da produrre notevoli quantità di elettricità.

Le versioni precedenti della tecnologia solare utilizzavano cristalli di silicio. Come si è scoperto, questo metodo di conversione della luce solare non era molto fattibile perché i cristalli di silicio di grandi dimensioni sono difficili da coltivare. Quando qualcosa è difficile, il prezzo rimane alto. Se il prezzo rimane elevato, l'uso diffuso diventa improbabile.

Oggi la tecnologia solare utilizza un materiale diverso. Questo nuovo materiale è composto da rame, indio, gallio e selenio ed è giustamente chiamato rame-indio-gallio-selenide o CIGS. A differenza del silicio, i cristalli realizzati con CIGS sono più piccoli ed economici, ma sono molto più inefficienti del silicio nella conversione della luce solare.

Ed è qui che siamo oggi. L'elettricità solare rappresenta pochissimo della produzione mondiale di energia e rimarrà tale fino agli scienziati trovare un nuovo materiale che funzioni come silicio o scoprire un metodo per produrre silicio di grandi dimensioni a buon mercato cristalli.

Per quanto inefficienti come i pannelli solari in questo momento, ci sono alcuni metodi che vengono utilizzati per migliorare la cattura e lo stoccaggio dell'elettricità solare. Un modo è quello di utilizzare una batteria che immagazzina l'energia, consentendo il consumo quando non c'è il sole, di notte e nei giorni nuvolosi. Un altro modo è usare un eliostato.

Che cos'è un eliostato? Puoi immaginarlo come un grande specchio (o molti specchi) attaccato ad un palo o piattaforma rotante (o molti pali e piattaforme). A differenza dei pannelli solari, gli eliostati non assorbono direttamente il sole; invece, usano gli specchi per reindirizzare la luce del sole e puntarla su pannelli solari fissi per l'assorbimento.

Gli eliostati sono per lo più controllati da computer. A questi computer vengono forniti determinati dati (la posizione dell'eliostato, la posizione del solare pannello, ora e data) e i dati vengono scricchiolati fino a quando il computer non è in grado di calcolare la posizione del sole in cielo. Fatto ciò, il computer regola l'angolazione dello specchio in modo che la luce del sole rimbalzi su di esso e colpisca il pannello solare bersaglio.

Il più grande vantaggio dell'eliostato è che una moltitudine di essi può essere predisposta per essere puntata su un singolo recettore solare. Mentre normalmente un pannello solare potrebbe ricevere solo una certa copertura della luce solare, una disposizione di eliostati può amplificare drasticamente la quantità di luce convertita.

Ma anche con gli eliostati, l'energia solare ha ancora molta strada da fare prima di poter essere utilizzata su vasta scala. Se non fosse per il problema di conversione la luce solare effettiva, l'energia solare sarebbe il combustibile più rinnovabile, più conveniente e più sano per l'ambiente per la nostra civiltà. Cioè, fino a quando il sole esplode.

Credito immagine: Illustrazione del pannello solare tramite Shutterstock, Foto del pannello solare tramite Shutterstock