La crescita dell'energia solare sostenibile
L'energia solare è una fonte di energia rispettosa dell'ambiente. Scopri cosa possono fare i raggi del sole per sostenere e contribuire alla conservazione del pianeta.
Cos'è l'energia solare?
L'energia solare è l'energia che proviene dal sole. Il calore e la luce del sole vengono usati per generare elettricità o energia termica per un'ampia gamma di esigenze familiari, aziendali e operative. L'output di un sistema di energia solare viene misurato in Watt.
L'energia solare, nota anche come generazione solare o radiazione solare, è la fonte di energia rinnovabile più abbondante. Una fonte di energia rinnovabile è una fonte di energia che può essere rigenerata. A differenza dei combustibili fossili (petrolio, gas naturale e carbone), questa fonte di energia non viene esaurita dopo l'utilizzo. Anche il vento, l'acqua e l'energia geotermica sono esempi di energia rinnovabile.
Potrebbe sorprendere che le tecnologie per l'energia solare non sono una scoperta moderna: L'energia solare viene usata dal 7° secolo a.C. quando le persone usavano lenti di ingrandimento e i raggi solari per accendere il fuoco e bruciare le formiche. Naturalmente, da quel momento, si sono avuti importanti sviluppi e progressi nelle tecnologie l'energia solare.
Ecco una breve panoramica e una sequenza temporale dell'energia solare del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti d'America:
- Nel 1767, lo scienziato svizzero Horace de Saussure ha costruito il primo collettore solare al mondo.
- Edmond Becquerel, un medico francese, nel 1839 ha scoperto l'effetto fotovoltaico, ossia quando l'energia solare o radiante produce una tensione o una corrente elettrica.
- Decine di anni dopo, il matematico francese Augustin Mouchot ha registrato i brevetti per i motori a energia solare.
- Nel 1883, l'inventore Charles Fritts di New York ha creato una cella solare rivestendo il selenio con un leggero strato d'oro che raggiungeva un tasso di conversione dell'energia dall'1% al 2% (per riferimento, la maggior parte delle celle solari moderne opera con un tasso compreso tra il 15% e il 20%) secondo lo Smithsonian Magazine. L'inventore Davide Weston ha ottenuto due brevetti per celle solari cinque anni dopo.
- Albert Einstein ha pubblicato un documento sull'effetto fotoelettrico nei primi anni '900.
- Nel 1954, i Bell Telephone Laboratories hanno prodotto una cella solare in silicio, la prima cella in grado di convertire energia sufficiente per operare apparecchiature elettriche quotidiane con efficienza del 4% (e successivamente dell'11%). Sei anni dopo, Hoffman Electronics ha raggiunto il 14% di efficienza.
- Negli anni '70, il Dr. Eliot Berman ha progettato una cella solare meno costosa, riducendo i prezzi a 20 USD a Watt.
- Paul MacCready ha costruito un aereo a energia solare (il primo del suo genere) con su di esso 16.000 celle solari e l'ha portato dalla Francia all'Inghilterra nel 1981.
- Nel 1998, lo scienziato Subhendu Guha ha inventato le tegole solari flessibili che convertono la luce solare in elettricità dai tetti.
- Dall'inizio degli anni 2000, continuano a essere fatti grandi passi avanti nelle capacità e nell'efficienza delle tecnologie per l'energia solare.
Oggi l'"energia solare è la fonte di energia elettrica più conveniente e con lo sviluppo più rapido" nel Stati Uniti, in base a Energy.gov, con 3 milioni di installazioni nel paese. A livello globale, è in aumento l'uso dell'energia solare per l'ambito domestico e il settore industriale.
Un esempio comune di energia solare è costituito dai pannelli solari rettangolari neri visualizzati su i tetti di alcune case. Anche le aziende hanno adottato questa forma di generazione solare: Disney World ha una struttura per l'energia solare a forma di Topolino costituita da 48.000 pannelli solari all'esterno del suo parco a tema Epcot.
Le tecnologie solari hanno continuato a evolversi e migliorare nel corso degli anni. Questo articolo offre una panoramica dell'energia solare, del suo funzionamento, dei vantaggi dell'uso e del suo futuro.
Come viene raccolta e conservata l'energia solare?
Fotovoltaico (PV)
Prevede l'uso di un dispositivo (i pannelli solari) per assorbire la luce del sole e trasformarla in energia elettrica. Questi dispositivi sono noti come celle solari e sono connessi per formare unità più grandi che generano energia.
Energia solare a concentrazione (CSP)
Raccoglie energia dal sole per creare calore, che viene quindi usato per generare elettricità. Questa tecnologia usa gli specchi per "concentrare" l'energia della luce.
Riscaldamento e raffreddamento solare (SHC)
Raccoglie energia dal sole e la usa per fornire servizi di riscaldamento e raffreddamento a case e aziende. Questa tecnologia usa un collettore solare, tubature isolate e un contenitori di acqua calda.
Componenti per la raccolta dell'energia solare
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Batterie
Il nucleo dei sistemi di raccolta dell'energia. Due tipi comuni sono le batterie al litio-nichel-manganese-cobalto e litio-ferro-fosfato.
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Pannelli secondari a carico critico
Consentono di decidere quali dispositivi essenziali alimentare in caso di blackout.
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Pannelli solari
Usati per ricaricare le batterie. Film sottile, PERC, policristallino e monocristallina sono diversi tipi di pannelli solari.
Di cosa sono fatti i pannelli solari? Al loro interno i pannelli solari contengono in genere il silicio, ossia il materiale semiconduttore più comune usato nelle celle fotovoltaiche, un involucro in vetro, un telaio in metallo e altro materiale per tenere insieme il pannello e supportare la relativa funzionalità.
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Inverter
Usato per convertire la corrente alternata in corrente diretta (i pannelli solari e le batterie convertono la corrente diretta in corrente alternata).
Accumulo dell'energia solare
Quindi, secondo Green Building Elements, esistono tre modi per conservare l'energia solare:
Batteria per accumulo
In genere, le batterie agli ioni di litio vengono usate per l'accumulo dell'energia solare.
Accumulo dell'energia meccanica
L'aria compressa (in un contenitore, ad esempio un serbatoio e distribuita se necessario), la centrale idroelettrica (l'acqua viene spinta attraverso generatori a turbina per produrre energia quando richiesta) e il volano (energia in eccesso usata per fornire energia quando necessario) sono tre varianti di questo tipo di sistema di accumulo.
Accumulo termico
Soluzione di acqua e sale in un contenitore isolato per contenere energia.
Esiste anche una "accumulo virtuale, un processo in base al quale si riscalda o raffredda un edificio prima che ci sia è un picco previsto di domanda elettrica. L'edificio accumula quindi questa energia per quando è necessaria.
Per un elenco completo di termini e definizioni, Visualizzare il glossario per l'energia solare presso il Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti d'America.
Vantaggi dell'energia solare
Quali sono quindi i vantaggi dell'energia solare? Ne esistono alcuni, tra cui ambiente, opportunità di lavoro e crediti d'imposta. Ecco una panoramica di alcuni dei vantaggi principali:
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È migliore per l'ambiente rispetto alle tradizionali fonti di energia
Il pianeta è probabilmente la prima cosa da tenere in considerazione quando si valutano i vantaggi dell'energia solare. Le energie rinnovabili, come l'energia solare, contribuiscono a ridurre la dipendenza del pianeta dai combustibili fossili, riducono l'impronta di carbonio e forniscono elettricità senza causare inquinamento.
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I costi della manutenzione dell'energia solare sono migliorati
Anche se l'installazione iniziale potrebbe essere proibitiva per alcune famiglie, i costi di manutenzione sono scesi nel corso degli anni. In particolare, negli ultimi dieci anni il costo per l'installazione di un impianto per l'energia solare è diminuito del 60%. Tuttavia, i costi possono dipendere da vari fattori, come i vincoli di area e la catena di approvvigionamento.
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Esistono vantaggi fiscali per i sistemi a energia solare
Passare all'energia solare può far bene al tuo portafoglio (anche se nel corso tempo). Ad esempio, il governo degli Stati Uniti offre un credito d'imposta solare federale che può essere applicato ai costi di installazione di un impianto solare fotovoltaico. Lo stato e altri governi locali potrebbero anche offrire programmi per contribuire a compensare il prezzo di vendita più elevato.
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Le tecnologie dell'energia solare si sono evolute
Le apparecchiature e le tecnologie di stoccaggio sono nettamente migliorate negli anni. Oggi, i pannelli solari producono più energia per più tempo (con un'efficienza di circa il 20%) e durano fino a 30 anni.
L'uso dell'energia solare per la casa o l'azienda offre numerosi vantaggi. Tuttavia, questa fonte di energia non è priva di limitazioni. Ecco alcuni svantaggi dell'uso dell'energia solare:
- L'inquinamento è ancora un problema. Anche se l'energia solare è una soluzione più ecologica rispetto all'uso dei combustibili fossili, alcuni prodotti chimici e materiali usati nel processo di produzione di celle fotovoltaiche producono rifiuti pericolosi.
- Gli impianti possono essere costosi da installare. Anche se l'energia solare consente di risparmiare denaro nel corso del tempo, l'installazione iniziale e le apparecchiature possono essere costose.
- Esistono limitazioni del servizio. Poiché l'energia viene generata quando c'è il sole, determinate ore del giorno e condizioni meteorologiche (ad esempio il cielo nuvoloso) non sono ottimali per l'accumulo di energia solare.
- Altri effetti ambientali. L'uso dell'acqua, del suolo e la potenziale perdita di habitat sono considerazioni che è necessario fare quando si scalano i sistemi ad energia solare.
A partire da quest'ultimo punto, l'energia solare offre opportunità ecologiche alle industrie e alle imprese. Ad esempio, strumenti e app emergenti possono aiutare le organizzazioni a visualizzare le simulazioni di giacimenti per aumentare le percentuali di successo delle trivellazioni e aggiornare le griglie elettriche per le risorse di energia distribuite per ridurre i costi ed aumentare le possibilità. Sono stati fatti grandi passi avanti anche nell'utilizzo del calcolo quantistico per l'ottimizzazione della generazione di energia.
Come implementare l'energia solare
Prima di implementare l'energia solare, occorre eseguire delle ricerche. È consigliabile calcolare i costi in base alla propria area geografica, controllare gli sconti e i crediti d'imposta disponibili, esplorare sistemi diversi ed esaminare le verifiche per le società di installazione del sistema. È possibile installare manualmente i pannelli solari, ma è consigliabile valutare se si tratta dell'opzione migliore.
I proprietari di aziende devono tenere presenti diversi aspetti quando effettuano il passaggio all'energia solare, ad esempio ciò che usa l'elettricità sul luogo di lavoro (sistema di raffreddamento e riscaldamento, macchinari, apparecchiature e così via). Anche se, come nel caso delle famiglie, alla fine si otterranno risparmi sui costi, il passaggio all'energia solare sarà probabilmente un investimento iniziale di tempo e denaro. Sono tuttavia disponibili soluzioni energetiche IoT per ridurre i costi operativi, che ottimizzano al contempo l'offerta e la domanda e monitorando la manutenzione delle risorse di rete.
Per l'installazione domestica, la maggior parte delle persone considererebbe probabilmente il prezzo elevato come il principale ostacolo per iniziare a usare l'energia solare. Ad esempio, il costo per un impianto di pannelli solari in una casa di dimensioni medie negli Stati Uniti, al netto di eventuali crediti d'imposta per l'energia solare, varia tra 11.144 USD e 14.696 USD e tra 200 USD a 250 USD per ogni pannello nel caso di un piccolo progetto Fai da te, secondo Consumer Affairs. Alcune guide ampliano ulteriormente l'intervallo, elencando i costi tra 10.000 USD e 25.000 USD negli Stati Uniti Occorre considerare anche i "costi variabili", ad esempio i costi di autorizzazione e di manodopera per l'installazione. È possibile scegliere di noleggiare i pannelli solari, il che significa che non è necessario pagare i costi di installazione, manutenzione o riparazione, ma occorre considerare i vantaggi e gli svantaggi.
Il prezzo iniziale può essere elevato per la maggior parte delle famiglie e c'è da considerare un periodo prima di raggiungere l'ammortamento dei pannelli solari (in media, si noterà un ritorno sull'investimento in 7-12 anni). Ma anche i risparmi possono essere significativi: L'energia solare può far risparmiare ai residenti negli Stati Uniti tra 600 USD e 2.000 USD ogni anno sui costi dell'elettricità, secondo HomeGuide. Inoltre, alcune installazioni costano meno degli importi riportati. Le dimensioni dell'abitazione (una proprietà più grande indica in genere un prezzo più elevato), il livello di consumo di energia e i tipi di tecnologie scelti per il sistema sono tre fattori principali che influiranno sui costi. Siti Web come Solar Estimate consentono di immettere il codice postale o di scegliere la posizione sulla mappa virtuale per determinare i costi di installazione dei pannelli solari domestici.
È anche possibile scegliere di incorporare l'energia solare nella vita quotidiana in vari modi, sia grandi che piccoli. Non è necessario spendere molto denaro per iniziare a usare l'energia solare. Ad esempio, è possibile acquistare una custodia a energia solare per lo smartphone, torce con ricarica solare per il kit di emergenza dell'auto o un fornello a energia solare per il prossimo campeggio, a meno di 100 USD. Oltre ai pannelli solari, sono disponibili anche altre opzioni per alimentare con l'energia solare la casa. I proprietari di abitazioni possono usare dispositivi a energia solare per riscaldamento della piscina e istallare luci a energia solare per illuminare il patio o il giardino di notte. È anche possibile usare la generazione solare nella vita lavorativa. Vuoi lavorare in remoto, all'esterno? Porta un caricabatterie portatile con pannelli solari per accendere il portatile mentre lavori in un bar.
Il futuro dell'energia solare
Il futuro dell'energia solare è luminoso (gioco di parole voluto), perché:
- Fa bene al pianeta. L'energia solare è sostenibile e rispettosa dell'ambiente.
- Il mondo mira all'energia pulita. Dopo il 2035, il 50% della generazione di energia elettrica sarà rinnovabile.
- Sta diventando più conveniente ed efficiente. Si prevede che il prezzo degli impianti di energia solare continui a diminuire, mentre il servizio continua a migliorare.
- Consente di creare nuove aziende e nuovi posti di lavoro. In questo spazio si prevede una crescita sia dell'industria che dei posti di lavoro.
In merito all'ultimo punto, le carriere nel settore dell'energia rinnovabile sono in piena espansione. Questo settore dà lavoro a più di 3 milioni di persone negli Stati Uniti e a 11 milioni di persone a livello globale, secondo l'Environmental and Energy Study Institute. Il numero di posti di lavoro nel settore dell'energia solare varia negli Stati Uniti Ad esempio, sono elencati 211 posti di lavoro nell'energia solare nel North Dakota, rispetto a più di 10.000 in Texas, secondo la Solar Energy Industries Association (SEIA). Tuttavia, lo spazio dell'energia solare è costituito da tecnici, ricercatori, operatori di impianti solari, istallatori di apparecchiature e un'ampia gamma di altri professionisti che lavorano in tutto il paese.
Anche le aziende guardano all'energia solare e ad altre fonti rinnovabili. Le grandi aziende tecnologiche hanno annunciato iniziative di responsabilità sociale e obiettivi ambientali per le proprie organizzazioni. Ad esempio, Microsoft si è impegnata a diventare water positive e carbon negative entro il 2030. Anche i consumatori si preoccupano sempre più della responsabilità sociale d'impresa, quindi si aspettano che nel prossimo futuro più organizzazioni sviluppino criteri di impegno per la sostenibilità.
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Domande frequenti
- L'energia solare è l'energia ottenuta dal Sole che può generare elettricità. Si tratta di una fonte di energia rinnovabile, riutilizzabile che non si esaurisce dopo l'uso. L'energia solare ha un'ampia gamma di usi e può essere usata per alimentare edifici, scaldare l'acqua, caricare componenti elettronici e dispositivi e altro ancora. L'energia solare è nota anche come radiazione solare. Scopri di più >
- L'energia solare può essere usata sia in ambito domestico che commerciale. A livello residenziale, ad esempio, può fornire elettricità, acqua calda, riscaldamento e raffreddamento alle abitazioni. Alcune aziende usano l'energia solare per uffici, fabbriche o fattorie. Inoltre, le amministrazioni pubbliche possono alimentare con l'energia solare servizi e strutture pubbliche, come lampioni, parcheggi, trasporti e scuole.
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L'uso dell'energia solare presenta numerosi vantaggi. Oltre a essere abbondante e rinnovabile, l'energia solare riduce la nostra impronta di carbonio collettiva perché la generazione solare stessa produce zero emissioni. L'energia solare può anche essere conveniente. Ad esempio, i progressi tecnologici rendono i sistemi di energia solare sempre più convenienti e, nel corso del tempo, questi sistemi possono ridurre drasticamente i costi per l'elettricità. Inoltre, l'energia solare è scalabile: può essere usata per alimentare una singola residenza o un'intera comunità. Infine, i sistemi di energia solare possono essere installati praticamente in qualsiasi luogo, anche in aree remote, il che significa che l'alimentazione può essere fornita in luoghi che non hanno accesso all'elettricità.
- Innanzitutto, sono disponibili tre tecnologie principali usate per sfruttare l'energia solare: fotovoltaico (PV), energia solare a concentrazione (CSP) e riscaldamento e raffrescamento solare (SHC). Una volta raccolta, sono necessari alcuni componenti di base per l'accumulo: batterie, pannelli solari, pannelli secondari a carico critico. Esistono quindi tre modi per stoccare l'energia solare: batterie, energia meccanica e accumulo termico. A seconda delle esigenze e di ciò per cui usi l'energia solare (ad esempio, per alimentare una casa di 1.200 metri quadrati in periferia rispetto a una grande proprietà isolata dalla rete), il processo potrebbe essere diverso.
- I costi iniziali dell'installazione - che negli Stati Uniti può costare da 10.000 a 25.000 USD per un'abitazione residenziale - possono essere elevati per molti consumatori. Tuttavia, alcuni paesi hanno programmi governativi che consentono di compensare i costi iniziali dell'energia solare. Ciò può includere risorse sulla costruzione di un sistema efficiente dal punto di vista dei costi o come ottenere i crediti d'imposta disponibili. Ci vorrà un po' di tempo (circa un decennio), ma si dovrebbero recuperare i costi di un sistema di pannelli solari e vedere i risparmi influire nella bolletta elettrica. A seconda di fattori come il costo del sistema di energia solare e le dimensioni della proprietà, il risparmio sui costi dell'elettricità può essere compreso tra poche centinaia di dollari e un paio di migliaia di dollari all'anno.
- L'energia solare è una delle forme di energia più sostenibile attualmente disponibili. Non solo è abbondante e rinnovabile, il sole fornisce energia sufficiente ogni giorno per soddisfare l'attuale domanda globale di energia per un intero anno, ma può anche essere generata economicamente e su larga scala. La generazione solare non produce emissioni di gas a effetto serra, richiede costi di manutenzione minimi dopo l'installazione dei pannelli solari e fornisce energia senza rischi di emissioni di acqua o aria.
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