Riscaldamento solare - I collettori a pannello utilizzano l’energia solare per riscaldare un fluido termovettore, come ad esempio l’acqua. Dopo aver assorbito calore passando attraverso tubi a serpentina collocati nel pannello, il fluido restituisce l'energia assorbita, da utilizzare per i diversi impieghi domestici, attraverso uno scambiatore; infine il fluido viene nuovamente convogliato nel pannello per mezzo di una pompa, in modo da chiudere il ciclo.

Pannelli e collettori

Per captare e sfruttare l’energia solare si usano pannelli solari o collettori solari basati su diverse tecnologie per ottenere differenti valori di temperatura.

A.
Per ottenere basse temperature, inferiori ai 100 °C, si utilizzano collettori piani o a pannello (chiamati anche collettori senza concentrazione), costituiti da tre elementi posti in un contenitore:
1. una lastra trasparente di vetro che fa filtrare le radiazioni in entrata ma blocca quelle in uscita creando l’effetto serra,
2. un assorbitore in rame nel quale sono ricavati molti canali in cui “passa” un fluido,
3. un isolante termico che impedisce la dispersione del calore.
Quando il sole scalda la piastra, anche il fluido si riscalda e viene portato all’esterno con un sistema di tubi. Oltre alla radiazione diretta, i collettori piani convertono in calore anche la radiazione diffusa, che non deve essere trascurata perché può arrivare a più del 20% di quella diretta.
L’uso di questi collettori investe prevalentemente la produzione di acqua calda (per uso civile, agricolo, industriale) e di aria calda (per riscaldamento di ambienti).

B.
Per raggiungere medie temperature, comprese tra i 100 e i 300 °C, si usano collettori a concentrazione: uno di questi è il cilindro parabolico, costituito da due elementi:
1. una superficie riflettente formata da una lastra di specchi a parabola,
2. una caldaia in cui sono concentrati i raggi del sole e “piena” di un fluido.
Inoltre, è dotato di un meccanismo che permette di seguire il corso del sole.
Quando i raggi colpiscono la parabola, essi sono riflessi verso la caldaia che in questo modo riscalda il fluido, trasportato all’esterno da tubi.
Questo sistema è utilizzato per azionare motori solari come pompe per il sollevamento dell’acqua e compressori: in questo caso il calore fa evaporare un gas che aziona i pistoni.

C.
Per ottenere alte temperature, superiori ai 500 °C, si usano delle centrali formate da un campo specchi: sono costituite da moltissimi specchi, chiamati eliostati, che, a mezzo di un sofisticato sistema, inseguono automaticamente il sole nel suo moto apparente intorno alla terra e riflettono e concentrano i raggi del sole su una caldaia posta sulla sommità di una torre.
Quando il sole colpisce un eliostato, questi riflette i raggi verso la caldaia e fa evaporare l’acqua ivi contenuta: il vapore così ottenuto è inviato alla turbina, collegata a un generatore in modo da creare energia elettrica.
Queste centrali, dette eliotermoelettriche, sono usate solamente per produrre energia elettrica, ma sono poco diffuse perché presentano alcuni inconvenienti:
- stando all’aria aperta gli specchi si sporcano e si ossidano molto facilmente,
- col passare del tempo è sempre più difficile garantire la precisione di puntamento di ogni eliostato.

D.
Un altro modo di produrre energia elettrica con il sole è rappresentato dalle celle fotovoltaiche, che convertono direttamente l’energia solare in energia elettrica. Sono costituite da un materiale semiconduttore, come il silicio, che ha inseriti sottili fili conduttori. Quando i raggi del sole colpiscono la cella, si forma una debole corrente elettrica che è catturata da fili conduttori e trasmessa a un alternatore.
L’ostacolo principale alla loro diffusione è il costo elevato. Per questo sono ancora oggi usate principalmente per i veicoli spaziali, anche se esiste qualche centrale sperimentale composta da grandi pannelli ricoperti con migliaia di celle fotovoltaiche. Tuttavia, dato che è questo campo a offrire maggiori potenzialità, in tutto il mondo sono finanziati numerosi programmi di ricerca per arrivare a materiali e tecnologie meno costose.

Nella cellula fotovoltaica, o pila fotoelettrica, l'energia radiante della luce provoca il moto degli elettroni tra strati adiacenti di materiali semiconduttori diversi, generando corrente