Configurazione degli impianti a collettori parabolici lineari

La più diffusa tipologia di impianto solare termico a concentrazione (oltre il 90% della potenza installata) è quella a collettori parabolici lineari, la cui configurazione di impianto, schematizzata in figura 3, comprende essenzialmente le sezioni di:

  1. captazione dell’energia solare (campo solare);
  2. generazione del vapore;
  3. conversione termodinamica dell’energia termica in elettrica (blocco di potenza). Opzionali sezioni di accumulo termico e/o integrazione (quest’ultima non riportata in figura) consentono di garantire la continuità di servizio a fronte dell’aleatorietà della fonte solare.

Il campo solare ha struttura modulare, i collettori sono disposti in file parallele, ciascuna costituita da più collettori collegati in serie; aggiungendo file di collettori (moduli) si aumenta l’energia termica raccolta e quindi la potenza dell’impianto. I collettori sono orientati in direzione Nord-Sud oppure Est-Ovest, in funzione della latitudine del sito e del tipo di funzionamento previsto per l’impianto.

SolareTermodinamicoFig3.png
Fig. 3 – Configurazione tipica di impianto solare termico a concentrazione a collettori parabolici lineari

All’interno dei tubi ricevitori circola un fluido termovettore, per la raccolta e il trasporto dell’energia termica, che solitamente è olio termico, minerale o sintetico, in grado di sopportare temperature fino a max 400 °C. Soluzioni più innovative utilizzano come fluido termovettore miscele di sali fusi, vapore o gas, in grado di raggiungere temperature più elevate (tabella 2).

Tab. 2 – Fluidi termovettori per impianti solari termici a concentrazione

Fluido

Temperatura (°C)

Aspetto critico

minima

massima

Olio sintetico

13

395

Infiammabile

Olio minerale

-10

300

Infiammabile

Acqua / vapore

0

>500

Elevata pressione

Olio siliconico

-40

400

Costoso

Sali nitrati

220

500

Alta temperatura di solidificazione

Liquidi ionici

-75

416

Molto costosi

Aria

-183

>500

Bassa densità energetica

Fonte:ENEA

Nel generatore di vapore l’energia viene trasferita dal fluido termovettore all’acqua in pressione. Il generatore di vapore può avere una sezione di surriscaldamento, in modo da produrre vapore con caratteristiche termodinamiche idonee per l’invio a turbine per centrali termoelettriche (100 bar, 500 °C). Questa soluzione richiede per il fluido termovettore una temperatura maggiore di 500 °C e non può essere adottata nel caso di olio termico, il cui limite operativo è inferiore a 400 °C.

La sezione di conversione termoelettrica utilizza il vapore per generare energia elettrica mediante un ciclo termico acqua-vapore analogo a quello degli impianti termoelettrici convenzionali (ciclo Rankine) che comprende la turbina a vapore accoppiata al generatore elettrico, il condensatore e i sistemi di preriscaldamento dell’acqua di alimento.

Una delle caratteristiche più interessanti di questo tipo di impianti è la sezione diaccumulo termico (link a pagina omonima), che consente di aumentarne l’operatività, cioè le ore di funzionamento nel corso dell’anno rispetto alle ore in cui è disponibile la radiazione solare, e di avere una produzione di energia elettrica più regolare e meglio gestibile rispetto alla variabilità della fonte solare.