1) La Tecnologia Del “Solare A Concentrazione”
I sistemi solari cosiddetti “a concentrazione” (o CSP – Concentrated Solar Power) non producono energia elettrica come i più diffusi impianti fotovoltaici, ma attraverso la concentrazione del calore solare su un fluido termovettore. Tale fluido, riscaldato a temperature comprese tra 400°C e 1000°C, è poi impiegato per generare vapore ad alta pressione che muove una turbina accoppiata a un alternatore, producendo così elettricità con un principio analogo a quello delle centrali termoelettriche convenzionali.
La concentrazione della radiazione solare avviene tramite specchi o superfici riflettenti, che focalizzano la luce in un punto o su una linea. I sistemi CSP si differenziano tra loro per la geometria dei concentratori, il tipo di ricevitore utilizzato e il tipo di fluido termovettore (olio, sali fusi, acqua, aria, etc.). Alcuni impianti includono sistemi di accumulo termico che permettono la produzione di energia anche in assenza di luce solare, offrendo così una certa flessibilità gestionale e una maggiore stabilità di rete.
Le principali tecnologie CSP oggi in uso sono:
- Parabole lineari (trough collectors);
- Sistemi a torre centrale (central tower);
- Collettori lineari di Fresnel (LFR);
- Sistemi a disco con motore Stirling (dish-Stirling).
Ognuna di queste tecnologie ha caratteristiche, vantaggi e limiti specifici, che le rendono adatte a diverse scale di impianto, latitudini, condizioni meteorologiche e destinazioni d’uso. Analizziamole ora singolarmente.
2) Gli Impianti A Parabole Lineari
Gli impianti con parabole lineari, detti anche “trough”, sono una delle tecnologie più mature e storicamente consolidate del solare a concentrazione. In questo sistema, specchi parabolici a sezione cilindrica, disposti in lunghe file parallele, concentrano la luce solare su un tubo ricevitore collocato lungo la linea focale.
All’interno del tubo scorre un fluido termovettore, come ad esempio olio diatermico o, nelle versioni più avanzate, sali fusi, in grado di raggiungere temperature fino a 500-600°C. Il calore accumulato viene trasferito a un generatore di vapore che alimenta una turbina.
Questa tecnologia è stata adottata su vasta scala a partire dagli anni ’80, soprattutto in California, dove impianti come il complesso SEGS (Solar Energy Generating Systems) hanno dimostrato la validità tecnica ed economica del sistema.
Efficienza e prestazioni: l’efficienza complessiva di un impianto a parabole lineari si aggira attorno al 15-20%, a seconda delle condizioni operative e della presenza di sistemi di accumulo. L’uso di sali fusi consente accumulo di calore termico per diverse ore, garantendo produzione anche dopo il tramonto.
Vantaggi principali:
- Tecnologia consolidata e collaudata;
- Buona adattabilità a installazioni di media e grande scala;
- Possibilità di integrazione con sistemi ibridi (ad es. biomasse o gas).
Svantaggi:
- Movimento monoassiale (seguono il Sole solo lungo un asse);
- Richiedono ampi spazi pianeggianti;
- Sensibili all’effetto diffuso della radiazione: non funzionano bene con cielo coperto o in presenza di foschia.
Oggi la tecnologia è ancora utilizzata, specie in Spagna, Stati Uniti, India e Medio Oriente, spesso integrata con sistemi di accumulo a sali fusi, che ne migliorano la competitività rispetto alle fonti tradizionali.
3) I Sistemi A Torre Centrale
Il sistema a torre centrale rappresenta una delle soluzioni più avanzate e promettenti del solare a concentrazione, soprattutto per grandi centrali elettriche da decine di megawatt.
Questa configurazione prevede un campo solare costituito da centinaia o migliaia di eliostati, ovvero specchi piani motorizzati su due assi che seguono il Sole e riflettono la luce verso un ricevitore centrale posto in cima a una torre, alta anche oltre 200 metri.
All’interno del ricevitore è contenuto un fluido termovettore (solitamente sali fusi), che viene riscaldato fino a 1000°C e utilizzato per produrre vapore oppure stoccato in serbatoi coibentati per essere usato anche diverse ore dopo il tramonto. Questo rende i sistemi a torre particolarmente adatti all’erogazione costante di energia, anche durante i picchi serali.
Efficienza: l’efficienza globale può superare il 25%, più elevata rispetto ai sistemi lineari, grazie alla maggiore temperatura di esercizio e alla migliore qualità del campo ottico.
Applicazioni e limiti:
- Impianti di questo tipo sono stati sviluppati in Spagna (PS10, PS20), Marocco (impianti Noor), Cile e Arabia Saudita, dove la radiazione diretta è particolarmente abbondante.
- Tuttavia, richiedono grandi superfici, un elevato investimento iniziale e presentano criticità paesaggistiche, data la presenza di una torre molto alta e visibile da grandi distanze.
- Il rendimento può calare in presenza di vento forte, che rende difficile il puntamento preciso degli eliostati, specialmente a distanze superiori al chilometro.
In prospettiva futura, i sistemi a torre saranno probabilmente usati in combinazione con accumulo termico e batterie, e potrebbero rappresentare un’alternativa valida alle centrali a gas per la produzione continua e flessibile di energia rinnovabile.
4) Gli Impianti Con Collettori Di Fresnel
La tecnologia a collettori di Fresnel rappresenta un’interessante evoluzione dei sistemi lineari, pensata per semplificare la struttura meccanica e ridurre i costi di installazione.
In questo sistema, numerose strisce di specchi piani (anziché parabolici) sono disposte su file parallele e riflettono la luce verso un tubo ricevitore fisso, posizionato a qualche metro di altezza. Gli specchi ruotano attorno al proprio asse per seguire il Sole durante il giorno.
Il fluido termovettore è generalmente acqua o vapore surriscaldato, con temperature tipiche di 300-400°C. In genere, si tratta di impianti privi di accumulo termico, pensati per funzionare in tempo reale quando è disponibile la radiazione.
Punti di forza:
- Costo più basso rispetto agli altri sistemi CSP (strutture più leggere, meno ingegnerizzazione);
- Adatti anche per installazioni industriali decentralizzate;
- Densità ottica maggiore: più superficie riflettente in meno spazio.
Limiti principali:
- Efficienza più bassa rispetto ai paraboloidi e alle torri centrali;
- Produzione di vapore diretta senza sistemi di accumulo;
- Rendimento fortemente influenzato dalla qualità dell’irraggiamento diretto.
Questa tecnologia si presta molto bene a processi industriali di generazione termica (ad esempio nel settore alimentare, tessile o chimico), dove può sostituire il vapore prodotto da caldaie tradizionali. È meno adatta invece alla generazione di energia elettrica su larga scala, se non integrata in impianti ibridi o con accumulo.
5) I Sistemi A Disco Con Motore Stirling
I sistemi dish-Stirling sono composti da un riflettore parabolico circolare (dish) che segue il Sole su due assi e concentra la luce in un ricevitore posto nel punto focale. Il ricevitore è collegato a un motore Stirling che converte l’energia termica in energia meccanica, e da qui in elettricità.
Il motore Stirling è una macchina a ciclo chiuso, in cui un fluido interno (tipicamente elio o idrogeno) si espande e si contrae in modo alternato a causa delle variazioni di temperatura, azionando un pistone.
Vantaggi principali:
- Alta efficienza: fino al 32% a livello di conversione solare-elettrica, tra i valori più alti tra le tecnologie CSP;
- Sistema modulare: adatto anche a piccole taglie (10-50 kW), facilmente scalabile;
- Possibilità di installazione decentralizzata, anche in aree isolate.
Svantaggi:
- Costo ancora elevato per via della complessità meccanica;
- Manutenzione sofisticata dei motori Stirling;
- Scarsa diffusione in Europa, nonostante esperienze pilota promettenti (negli USA e in Sudafrica esistono progetti significativi).
Questi sistemi rappresentano una promettente opzione per il futuro, soprattutto nelle regioni dove l’elettricità da rete è instabile o assente, e dove la modularità e l’alta efficienza costituiscono un grande vantaggio competitivo.
6) Considerazioni Finali E Prospettive Future
I sistemi a concentrazione solare rappresentano un tassello fondamentale nella strategia di transizione energetica globale, soprattutto per i Paesi caratterizzati da elevata radiazione solare diretta. La loro capacità di immagazzinare calore li rende particolarmente adatti alla generazione di energia continua, affrontando uno dei limiti storici delle rinnovabili: l’intermittenza.
In Italia, dopo un primo interesse per il solare termodinamico negli anni 2010-2015, la diffusione è rimasta limitata da fattori come iter autorizzativi complessi, vincoli paesaggistici e assenza di incentivi diretti stabili. Tuttavia, con il nuovo PNIEC e l’interesse crescente per le comunità energetiche e l’accumulo termico, è possibile un rinnovato slancio per questo tipo di tecnologie.
Le nuove frontiere riguardano:
- L’integrazione con batterie e sistemi ibridi;
- Lo sviluppo di materiali riflettenti più efficienti e coibentazioni migliori;
- L’uso del calore solare per processi industriali, desalinizzazione e produzione di idrogeno verde.
In conclusione, sebbene il fotovoltaico resti oggi la tecnologia solare più diffusa, il solare a concentrazione si candida a giocare un ruolo chiave nella decarbonizzazione dei sistemi energetici del futuro. La sua flessibilità, unita alla possibilità di produzione programmabile e continua, lo rende un’opzione strategica da considerare sia a livello nazionale che internazionale.
