Il solare termodinamico a concentrazione solare: tipologie di concentratori

Per concentrazione solare si intende una tecnologia che permette di concentrare i raggi solari incidenti su di una superficie riflettente su un elemento di piccole dimensioni, massimizzando così il recupero dell’energia termica da inviare all’impianto termodinamico. Per poter concentrare i raggi solari si utilizzando elementi riflettenti solitamente ricurvi che li convogliano i raggi verso l’elemento ricevitore.
Esistono varie tipologie di concentratori solari.

Funzionamento di un impianto termodinamico

Un impianto termodinamico è costituito essenzialmente da quattro macro sezioni:

• Sistema di captazione a concentrazione solare, denominato Campo Solare;
• Sistema di accumulo termico;
• Sistema di generazione del vapore;
• Sistema di conversione dell’energia termica in energia elettrica.

Campo Solare

Il campo solare è l’insieme dei concentratori solari termici installati per file ed in parallelo. Ogni fila presenta un insieme di concentratori solari collegati tra loro in serie. L’installazione per file, con distribuzione in parallelo, permette di minimizzare il fermo impianto e massimizzare il recupero dell’irraggiamento solare. Altri punti di forza di questo sistema sono la possibilità di risolvere eventuali malfunzionamenti o problemi relativi ad alcuni concentratori operando il sezionamento di un ridotto numero di concentratori, e la possibilità di recuperare molta energia installando più concentratori. In linea generale, i concentratori solari più utilizzati nei sistemi termodinamici sono i concentratori parabolici lineari, che sono caratterizzati da un ottimo rapporto qualità/prezzo.

I collettori solari sono solitamente installati con orientamento NORD-SUD, se si tratta di sistemi parabolici lineari che presentano un sistema di inseguimento solare su unico asse. Nel caso invece di concentratori solari parabolici l’orientamento è più libero, in quanto solitamente vengono dotati di sistema a inseguimento solare su più assi.

Il buon funzionamento di un impianto termodinamico è direttamente proporzionale alle condizioni ambientali in cui esso opera, e nello specifico il livello di radiazione solare raggiunta, che in linea generale è preferibile si attesti sui 1.800 – 2.000 kWh/m²/anno.
Di seguito i dati di irraggiamento di alcune delle principali località italiane:


 

Accumulo termico

I concentratori solari cedono il calore captato dal sole ad un fluido allo stato liquido che circola all’interno di un circuito idraulico. Il fluido termovettore circolante all’interno del circuito è una miscela scelta ad hoc, dotata di caratteristiche precise che gli permettano di resistere in modo stabile alle alte temperature, che possono raggiungere anche i 400°C. Solitamente sono preferiti gli oli diatermici, i fluidi siliconici e più in generale soluzioni minerali o sintetiche, ampiamente diffuse grazie alle loro caratteristiche termodinamiche.


Nel circuito solitamente viene installato un sistema di accumulo del vettore termico, che permette di assorbire eventuali picchi di richieste di impianto e di stabilizzare eventuali fluttuazioni e/o pendolazioni di impianto, oltre a permettere la produzione di energia elettrica anche in assenza di sole, ovviamente entro certi limiti ed in funzione della capacità complessiva di accumulo.
 

Sistema di generazione del vapore

Il fluido ad alta temperatura viene inviato ad un sistema di scambio che permette, attraverso il fluido derivante dai concentratori solari in arrivo sul circuito primario del sistema di scambio, di generare vapore sul circuito secondario. Ovviamente i due circuiti rimangono distinti e non vi è alcuna miscelazione tra i fluidi. Il vapore generato viene quindi utilizzato per azionare una turbina che genera energia elettrica.