Qual è il futuro dell'energia solare?

Nel 21 ° secolo, l'energia solare è già diventata parte della vita quotidiana. Dalle piscine riscaldate al sole alle case a energia solare, ci sono molti esempi che dimostrano l'utile applicazione del potere pulito, sicuro e sostenibile del sole. Mentre cresce la preoccupazione per gli effetti della combustione di combustibili fossili e la possibilità di esaurire le fonti energetiche non rinnovabili, il futuro dell'energia solare appare luminoso. A partire dal 2013, la tecnologia non è priva di problemi e finora le applicazioni sono state per lo più su scala relativamente piccola, ma in questo settore sono in corso molte ricerche e ci sono stati molti 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 della Terra utilizzata all'inizio del 21 ° secolo. Vi 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 quindi utilizzata per fornire il riscaldamento centralizzato per le case. 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 quando 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, hanno normalmente 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 a partire da materiali più economici.

La maggior parte dei pannelli solari è costituita da celle fotovoltaiche al silicio cristallino, che hanno un'efficienza del 18-24% nel convertire la luce solare in elettricità. Diverse alternative, tuttavia, sono sotto inchiesta. Le celle a film sottile possono essere realizzate con una varietà di materiali. Sebbene attualmente siano meno efficienti rispetto alle celle fotovoltaiche standard, sono leggere, flessibili e meno costose da produrre. Le celle multifunzione possono raggiungere un'efficienza superiore al 43%. Sono strutturati in modo tale che diverse parti della cellula siano sintonizzate per catturare la luce solare a intervalli di lunghezze d'onda specifiche, piuttosto che avere un singolo recettore che manca una porzione dell'energia disponibile.

Un'altra area promettente è la cella solare sensibile alla tintura (DSSC), a volte chiamata cella Gratzel, dal nome di Michael Gratzel, che la sviluppò per la prima volta negli anni '90. Questi usano un colorante per catturare l'energia solare e produrre un flusso di elettroni, che vengono riempiti attraverso uno strato di elettrolita liquido sottostante. Sebbene potenzialmente economici da produrre, sono solo circa il 12% efficienti e ci sono problemi di durata che possono influire sull'uso commerciale. Ad esempio, il liquido può congelare in condizioni fredde o espandersi quando è caldo e potrebbe fuoriuscire. I ricercatori hanno sviluppato una versione della cellula in cui l'elettrolita liquido problematico 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'adeguamento 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. Dal momento che questi sono anche facilmente installabili, molti edifici più vecchi potrebbero ricevere potenziamenti per funzionare a 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, soddisfare tutto o quasi il 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 ridotta rispetto al numero di case. Sebbene le applicazioni piccole e individuali possano eliminare un po 'della tensione dalla rete elettrica, se il sole deve soddisfare le esigenze energetiche di città e industrie, il suo futuro deve trovarsi nelle grandi centrali elettriche 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 diversamente 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 km ² ) 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 numerose altre possibilità per sfruttare su larga scala la potenza del Sole. Un esempio è la concentrazione della tecnologia dell'energia solare (CSP). Invece di generare elettricità direttamente, questi concentrano la luce solare per riscaldare l'acqua, fornendo vapore per guidare una turbina che produce elettricità proprio come una centrale elettrica convenzionale. Possono consistere in matrici 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 guida 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 orientabili al sole concentra il calore del sole su un contenitore di liquido che viene utilizzato per fornire vapore a un generatore. Numerosi impianti sono in funzione e producono 10-20 megawatt di elettricità. Gli impianti futuri potrebbero erogare fino a 200 megawatt.

Il futuro

Una tendenza incoraggiante relativa al futuro dell'energia solare è che molti dei più grandi innovatori del mondo stanno scegliendo di concentrare i propri talenti e fondi sul miglioramento della tecnologia delle energie alternative. Molti regimi di premi - finanziati da vari governi di 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 passare a fonti di energia "verdi" e installare i propri pannelli solari.

Sebbene, a partire dal 2013, ci siano molti segnali incoraggianti che i governi stanno riconoscendo la necessità di fonti energetiche alternative e promuovendo la ricerca sull'energia solare, la risposta sta in parte nelle mani dei cittadini di tutto il 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 in energie alternative, prendendo una laurea in una materia correlata e votando per le misure che promuovono lo sviluppo di energia alternativa, chiunque può dire il futuro dell'energia solare.