Nel 21° secolo, l’energia solare è già entrata a far parte della vita quotidiana. Dalle piscine riscaldate a energia solare alle case alimentate dal sole, ci sono molti esempi che dimostrano l’utile applicazione dell’energia pulita, sicura e sostenibile del sole. Man mano che cresce la preoccupazione per gli effetti della combustione di combustibili fossili e la possibilità di esaurire le fonti di energia non rinnovabili, il futuro dell’energia solare sembra luminoso. A partire dal 2013, la tecnologia non è esente da problemi e finora le applicazioni sono state per lo più su scala relativamente piccola, ma sono in corso molte ricerche in questo settore e ci sono stati numerosi sviluppi molto promettenti.
Sfruttare l’energia solare
Il sole è potenzialmente un’enorme fonte di energia rinnovabile e pulita. Alcuni stimano che la luce solare potrebbe produrre 10,000 volte più energia di quella utilizzata dalla Terra all’inizio del 21° secolo. Ci sono, tuttavia, importanti sfide tecnologiche da affrontare per sfruttare efficacemente tale energia. Esistono diverse tecnologie disponibili e in fase di sviluppo che utilizzano la luce solare per fornire energia.
La luce solare può essere utilizzata semplicemente per riscaldare l’acqua che viene poi utilizzata per il riscaldamento centralizzato delle abitazioni. In alternativa, può essere utilizzato per generare elettricità utilizzando celle fotovoltaiche (PV) disposte su pannelli solari. Un terzo metodo consiste nel concentrare la luce solare su un obiettivo per generare calore, che può essere utilizzato direttamente per scopi industriali o per fornire elettricità.
Pannelli solari
Questi pannelli si basano sull’effetto fotoelettrico, in cui alcune sostanze producono una piccola corrente elettrica se esposte alla luce. Le celle fotovoltaiche sono costruite per sfruttare questo effetto e i pannelli solari sono costituiti da grandi schiere di questi dispositivi posizionati per ricevere quanta più luce solare possibile. Insieme, possono generare quantità significative di elettricità. Sebbene, a partire dal 2013, siano relativamente inefficienti, normalmente hanno costi di gestione e manutenzione molto bassi e possono essere molto efficaci nel fornire energia alle case. Sono in corso molte ricerche per migliorare l’efficienza e costruire celle con materiali più economici.
La maggior parte dei pannelli solari è costituita da celle fotovoltaiche in silicio cristallino, che hanno un’efficienza del 14-16% nel convertire la luce solare in elettricità. Tuttavia, sono allo studio diverse alternative. Le celle a film sottile possono essere realizzate con una varietà di materiali. Sebbene queste siano attualmente meno efficienti delle celle fotovoltaiche standard, sono leggere, flessibili ed economiche da produrre. Le celle multigiunzione possono raggiungere un’efficienza superiore al 43%. Sono strutturati in modo che diverse parti della cellula siano sintonizzate per catturare la luce solare a intervalli di lunghezze d’onda specifici, piuttosto che avere un singolo recettore che perde una parte dell’energia disponibile.
Un’altra area promettente è la cella solare sensibilizzata al colorante (DSSC), a volte chiamata cella di Gratzel, in onore di Michael Gratzel, che l’ha sviluppata per la prima volta negli anni ‘1990. Questi utilizzano un colorante per catturare l’energia solare e produrre un flusso di elettroni, che vengono reintegrati tramite uno strato di elettrolita liquido sottostante. Sebbene potenzialmente economici da produrre, sono efficienti solo per il 12% circa e ci sono problemi di durata che possono influire sull’uso commerciale. Ad esempio, il liquido può congelare in condizioni di freddo o espandersi quando è caldo e potrebbe fuoriuscire. I ricercatori hanno sviluppato una versione della cella in cui il fastidioso elettrolita liquido viene sostituito con un materiale solido, aprendo la strada a pannelli solari economici e durevoli.
Oltre allo sviluppo di celle fotovoltaiche più economiche ed efficienti, una parte importante del futuro dell’energia solare risiede nella costruzione di nuovi edifici e nell’ammodernamento di molti di quelli più vecchi. Alcuni esperti prevedono che la maggior parte, se non tutti, i nuovi edifici avranno pannelli solari installati sui tetti. Poiché anche questi sono facilmente installabili, molti edifici più vecchi possono ricevere aggiornamenti per funzionare con l’energia solare. Esperti e ambientalisti sperano che la costruzione di energia verde sarà incoraggiata dai governi attraverso generosi incentivi fiscali, esenzioni e sovvenzioni per l’uso di energia alternativa.
I pannelli solari su un tetto possono, in alcune aree, fornire tutto o la maggior parte del fabbisogno energetico di una casa. Nei casi in cui le persone vivono in alloggi a più piani, tuttavia, la quantità di spazio sul tetto è molto piccola rispetto al numero delle abitazioni. Sebbene le applicazioni piccole e individuali possano alleggerire parte della tensione sulla rete elettrica, se il Sole deve soddisfare il fabbisogno energetico di città e industrie, il suo futuro deve risiedere nelle grandi stazioni di generazione di elettricità alimentate a energia solare.
Il problema più grande che deve affrontare lo sfruttamento dell’energia solare mediante celle fotovoltaiche è lo spazio necessario per costruire le centrali elettriche. Un impianto è composto da migliaia di pannelli solari, non dissimili da quelli attualmente installati su case a energia alternativa. Per questo motivo richiedono un’area costantemente soleggiata e una notevole quantità di spazio. Attualmente, una delle più grandi centrali elettriche del mondo copre più di 10 miglia quadrate (16.9 km2) e crea elettricità sufficiente per far funzionare circa 200,000 case. Alcuni esperti suggeriscono che per fornire energia a tutti gli Stati Uniti sarebbe necessaria un’area di circa 100 miglia (160.9 km) per lato, probabilmente da qualche parte nel clima desertico del sud-ovest americano.
Alternative ai pannelli solari
Esistono molte altre possibilità per lo sfruttamento su larga scala dell’energia solare. Un esempio è la tecnologia solare a concentrazione (CSP). Invece di generare elettricità direttamente, questi concentrano la luce solare per riscaldare l’acqua, fornendo vapore per azionare una turbina che produce elettricità proprio come una centrale elettrica convenzionale. Possono essere costituiti da serie di specchi parabolici che focalizzano la luce solare su un tubo lineare riempito di liquido. In alternativa, il calore del Sole può essere focalizzato da uno specchio parabolico per riscaldare un fluido che aziona un motore Stirling, che fornisce l’energia meccanica per la generazione di elettricità.
Un altro sistema collaudato è la “torre di potenza”, in cui una serie di specchi piatti a inseguimento solare concentra il calore del sole su un contenitore di liquido che viene utilizzato per fornire vapore a un generatore. Sono in funzione alcuni impianti che producono 10-20 megawatt di elettricità. Gli impianti futuri potrebbero fornire fino a 200 megawatt.
Il futuro
Una tendenza incoraggiante relativa al futuro dell’energia solare è che molti dei più grandi innovatori del mondo scelgono di concentrare i propri talenti e fondi sul miglioramento della tecnologia energetica alternativa. Molti programmi di premiazione, finanziati da vari governi in tutto il mondo, si concentrano sulla fornitura di energia solare in modo economico e su larga scala. In molti paesi, i cittadini ricevono incentivi finanziari per il passaggio a fonti energetiche “verdi” e per l’installazione dei propri pannelli solari.
Sebbene, a partire dal 2013, ci siano molti segnali incoraggianti che i governi riconoscono la necessità di fonti energetiche alternative e promuovono la ricerca sull’energia solare, la risposta è in parte nelle mani dei cittadini del mondo. Ciò che i cittadini ordinari scelgono di acquistare e sostenere influenzerà le tendenze del futuro. Installando pannelli solari, donando a organizzazioni di ricerca coinvolte nelle energie alternative, prendendo una laurea in una materia correlata e votando per misure che promuovono lo sviluppo delle energie alternative, chiunque può avere voce in capitolo sul futuro dell’energia solare.