Tecnologie disponibili

In base alla geometria dei collettori solari si possono identificare impianti a dischi parabolici, a torre centrale, a collettori parabolici lineari (o cilindro-parabolici) e, variante di quest’ultima, con collettori a specchi lineari di Fresnel (figura 2).
Gli impianti solari a dischi parabolici (figura 2-a) utilizzano pannelli riflettenti di forma parabolica che inseguono il movimento del sole ruotando su due assi e concentrano la radiazione solare su un ricevitore montato nel punto focale. Il ricevitore può essere costituito da un motore Stirling con generatore elettrico.
Negli impianti a torre centrale (figura 2-b) il campo solare è costituito da un gran numero di pannelli riflettenti piani che inseguono individualmente il movimento del sole, ruotando ciascuno su due assi, per concentrare la radiazione solare su un unico ricevitore montato sulla sommità di una torre. Il campo solare è l’equivalente di un’enorme superficie parabolica, con fattori di concentrazione molto elevati. Un fluido circolante attraverso il ricevitore asporta il calore raccolto.

Fig. 2 – Tecnologie degli impianti solari termodinamici: a) disco parabolico; b) torre centrale; c) collettori parabolico-lineari; d) collettori lineari a lente di Fresnel


Negli impianti a collettori parabolici lineari (figura 2-c) il concentratore ha una superficie a forma di cilindro aperto con profilo parabolico invece che circolare. I collettori “inseguono” il sole ruotando su un solo asse; la radiazione è convogliata sul tubo ricevitore posto nell’asse focale del cilindro; dentro il tubo ricevitore scorre un fluido termovettore che raccoglie l’energia termica e la trasferisce al sistema di generazione elettrica o di accumulo del calore.

Nei sistemi con collettori lineari a specchi di Fresnel (figura 2-d) il concentratore è costituito da segmenti di specchi piani disposti secondo il principio della lente Fresnel, con il tubo ricevitore posizionato nell’asse focale. La rotazione per l’inseguimento solare riguarda solo i segmenti del concentratore, mentre il tubo ricevitore e la struttura di supporto rimangono fissi. Rispetto ai collettori parabolici lineari questo sistema comporta prestazioni inferiori (il rendimento annuale complessivo è circa il 60% di quello ottenuto con i collettori parabolici lineari) ma i costi di impianto sono più bassi perché il tubo ricevitore è fisso, non richiede costose giunzioni mobili e può utilizzare fluidi ad alta pressione, come ad esempio il vapore. Il sistema di rotazione degli specchi è più semplice e le strutture di supporto richiedono minore impiego di materiale.

Un’ulteriore linea di sviluppo riguarda i sistemi denominati non-imaging, attualmente in fase di ricerca, che puntano a rapporti teorici di concentrazione 2-4 volte maggiori rispetto a quelli dei collettori basati sull’ottica convenzionale e ad angoli di accettazione molto ampi, in modo da ridurre o evitare la necessità del continuo puntamento verso il sole. Una delle soluzioni allo studio si basa su una cavità con superfici interne riflettenti disposte in modo che, con una serie di riflessioni, la radiazione solare entrante venga convogliata su un piccolo ricevitore posto al fondo del collettore stesso.

I vari sistemi hanno prestazioni, costi e stadi di sviluppo differenti, come mostrato nella tabella 1. I sistemi con puntamento a 2 assi (torri centrali e dischi parabolici) offrono maggiori rendimenti nella generazione di energia elettrica perché consentono di raggiungere temperature più elevate.

Tab.1 – Confronto delle principali tecnologie solari a concentrazione

Tecnologia

Puntamento

Concentrazione

Stadio

Prestazioni

Costo tendenziale

Dischi parabolici

2 assi

Fino a 1000

Commerciale

Elevate

Alto

Torre centrale

2 assi

Fino a 1000

Dimostrativo

Elevate

Medio

Parabolici lineari

1 asse

Fino a 100

Commerciale

Medie

Medio

Fresnel lineari

1 asse

70 - 80

Pre-dimostrativo

Basse

Basso

Non-imaging

1 o 2 assi

4000 (*)

Ricerca

Molto elevate

(*)

(*) Dato presunto o sconosciuto per il livello preliminare della tecnologia
Fonte: ENEA