L’energia solare è un energia raggiante che proviene dal sole ed è trasmessa alla Terra sottoforma di radiazioni elettromagnetiche e fondamentale per la maggior parte dei processi vitali e dei fenomeni fisici: fotosintesi, ciclo dell’acqua, formazione di venti, biomasse, combustibili fossili... (1)
Rispetto ai combustibili fossili, presenta il vantaggio di essere una fonte inesauribile, abbondante, pulita e gratuita, ma ha lo svantaggio di essere discontinua nel tempo (per l’alternanza giorno/notte e le variazioni delle condizioni meteorologiche) e di avere una bassa densità. Inoltre, la produzione di energia elettrica con il sole costa dieci volte di più che con i combustibili fossili, cosa che ha molto ridotto la sua diffusione. Al primo svantaggio si può far fronte o con sistemi di accumulo dell’energia o con integrazioni fornite da impianti che utilizzano altre fonti di energia. Il secondo svantaggio, unito al valore modesto dei rendimenti di conversione, rende necessario l’impiego di ampie superfici di raccolta, con conseguenti elevati costi d’impianto.

Due esempi storici famosi mostrano come l’energia solare abbia da sempre interessato gli scienziati.
Il matematico e fisico greco Archimede (III sec. a.C.) fu tra i primi a utilizzare l’energia solare, riuscendo a incendiare le navi romane con una serie di specchi metallici focalizzava i raggi sulle imbarcazioni.
A Parigi, nel giardino delle Tulieries, si svolse nel 1882 un esperimento per azionare una macchina con l’energia solare. L’impianto si basava su un paraboloide rivestito di specchi che raccoglieva i raggi e li concentrava sulla caldaia centrale. L’acqua, circolando all’interno, si trasformava in vapore e metteva in movimento lo stantuffo di un motore. La sua ruota motrice azionava con una cinghia una macchina per stampare giornali. L’esperimento non ebbe seguito, perché ai quei tempi il carbone, molto più diffuso, costava pochissimo.

Una prova compiuta dalla Nasa nell’agosto 2001 ha stabilito un nuovo primato: l’aereo “Helios” senza pilota ad alimentazione solare, progettato dalla Nasa e lanciato dall’isola Kauai nelle Hawaii, ha raggiunto utilizzando esclusivamente energia della luce i 29.410 metri d’altitudine, battendo il primato fissato dall’aereo a reazione SR-71 della Lockheed che, nel 1966, arrivò ai 25.930 metri. Il primato è doppio: l’ “ala solare” ha superato sia le quote finora registrate da apparecchi ad elica, sia quelle conquistate dai veicoli non lanciati da missili. Spinto dalle sue quattordici eliche, Helios ha impiegato cinque ore per arrivare all’altitudine record e altre nove e mezzo per tornare a terra.

Spaccato del Sole - Le reazioni di fusione dell'idrogeno in elio del Sole hanno luogo nel nucleo, dove la densità dei gas è circa 150 volte superiore a quella dell'acqua e la temperatura arriva a 16 milioni °C. Il calore sviluppato nel nucleo si propaga per irraggiamento nello strato successivo, la cui densità è circa uguale a quella dell'acqua e la temperatura è di 2,5 milioni °C. Nello strato convettivo la propagazione del calore avviene grazie al rimescolamento dei gas che qui hanno una densità pari a un decimo di quella dell'acqua e una temperatura di 2 milioni °C. Le turbolenze dello strato convettivo emergono sulla fotosfera conferendole un aspetto maculato e brulicante. Qui la temperatura scende a circa 5500 °C e la densità a un milionesimo di quella dell'acqua.

Il sistema più semplice per utilizzare l’energia solare è costituito dalla cucina solare, costituita da lastre di alluminio che convergono la luce verso una pentola appoggiata su fili metallici.

Con l’energia solare è possibile trasformare l’acqua del mare in acqua potabile. Per questo, si espongono al sole enormi contenitori di acqua marina: quando l’acqua evapora, le goccioline si fermano sul coperchio da cui vengono raccolte e condensate. Da questo procedimento si ricava anche il sale.

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Nota:
1. La radiazione solare che giunge sulla terra è caratterizzata da onde di lunghezza compresa tra circa 0,2 e 3 µm (micrometri, cioè milionesimi di metro). L'occhio umano percepisce come luce solo le radiazioni con lunghezza d'onda compresa mediamente tra 0,38 e 0,76 µm. Le onde di lunghezza inferiore a 0,38 µm sono denominate ultraviolette, quelle di lunghezza superiore a 0,76 µm sono dette infrarosse. La potenza della radiazione solare incide su una superficie ad essa perpendicolare, posta al di fuori dell'atmosfera terrestre, è praticamente costante ed è pari a 1,35 KW/m² (chilowatt al metro quadrato): per questo la potenza è chiamata “costante solare”. L'entità di energia solare che giunge sulla terra varia principalmente in funzione della latitudine del luogo (massima all'equatore, minima ai poli) a causa della differente inclinazione con cui giungono al suolo i raggi solari. A maggiore inclinazione corrisponde uno spessore maggiore di atmosfera attraversata e quindi una minore intensità solare al suolo. L'entità di energia solare (KW/m²) che giunge sulla terra varia anche in funzione delle condizioni atmosferiche (nuvolosità).
L'atmosfera terrestre funge da filtro ai raggi solari e ne riduce in modo apprezzabile l'intensità con cui arrivano al suolo. Si considera pari a 1 KW/m² la potenza solare massima captabile da una superficie al livello del suolo, perpendicolare ai raggi solari, per sole allo zenit e in condizioni di atmosfera perfettamente limpida. Fuori dell'atmosfera la radiazione solare su una superficie perpendicolare alla radiazione è di circa 1,4 KW/m². Sulla superficie terrestre la radiazione solare su una superficie perpendicolare alla radiazione è minore o uguale a 1KW/m².