Energia Rinnovabile: Funzionamento di Centrali Idroelettriche, Solari ed Eoliche

Energia Idroelettrica

L’energia idroelettrica si ottiene da una massa d’acqua situata ad alta quota che possiede energia di posizione (potenziale). Per far funzionare la centrale idroelettrica costruita più in basso, viene costruita una diga che trattiene l’acqua ad alta quota formando un lago artificiale.

La Centrale Elettrica

La centrale elettrica è un impianto che utilizza una fonte di energia per produrre energia elettrica. Ogni centrale comprende tre elementi principali:

• Fonte di energia: la sostanza che possiede l’energia;
• Turbina: una macchina che, ricevendo energia, si mette a girare;
• Alternatore: una macchina che, quando gira, genera corrente.

Tipologie di Centrali Idroelettriche

Centrale a Serbatoio

L’acqua del lago artificiale defluisce nel canale di derivazione e arriva alla condotta forzata. Il getto d’acqua colpisce le pale di una turbina Pelton che trascina l’alternatore, il quale genera corrente elettrica.

A Generazione e Pompaggio

Questo impianto è dotato di:

• Alternatore-motore
• Turbina-pompa

Il funzionamento è ciclico: di giorno l’acqua scende e produce corrente elettrica (generazione), mentre di notte l’acqua viene aspirata e fatta risalire sulla montagna (pompaggio).

Centrale Fluviale

È un impianto che funziona con la portata di un fiume. L'elemento caratteristico è la diga che crea un bacino con 10-20 metri di dislivello: la massa d’acqua è costretta a passare per la centrale, costruita dentro la diga, e fa girare le turbine.

Centrale a Marea

È una comune centrale fluviale che funziona solo quattro volte al giorno:

• Quando arriva la bassa marea, il mare si ritira e si forma un dislivello.
• La centrale entra in funzione e l’acqua accumulata nel bacino defluisce nei 24 collettori dotati di turbine Kaplan.

Energia Solare

La radiazione solare (formata da fotoni) arriva sulla Terra sotto forma di luce e calore e costituisce una fonte di energia fondamentale. Il Sole fornisce alla Terra praticamente tutta l’energia di cui questa ha bisogno.

Caratteristiche dell'Energia Solare

Vantaggi (Caratteristiche Positive)

• Inesauribile
• Non inquinante
• Gratuita

Svantaggi (Caratteristiche Negative)

• Il Sole non fornisce un’energia concentrata, ma un’energia diffusa.
• L’energia solare è discontinua (si pensi all’alternanza del giorno e della notte).
• Il Sole non scalda direttamente fino all’ebollizione.

L'Utilizzo dell'Energia Solare

L'uomo ha sempre sfruttato l'energia solare. Da essa dipendono processi vitali come:

• La temperatura della superficie terrestre (che rende la Terra vivibile).
• L’illuminazione, sia diurna (diretta) sia notturna (riflessa dalla Luna).
• L’evaporazione dell’acqua.
• Il movimento dei venti.
• La fotosintesi clorofilliana.

Le radiazioni emesse dal Sole forniscono al tempo stesso luce e calore e sono utilizzate principalmente in due modi:

1. Il calore per riscaldare l’acqua, attraverso i pannelli solari termici.
2. La luce per produrre elettricità, attraverso i pannelli fotovoltaici.

Applicazioni Principali

• Produzione di calore a bassa temperatura (pannelli solari per uso domestico).
• Produzione di calore ad alta temperatura.
• Conversione fotovoltaica (pannelli fotovoltaici).

Il Pannello Solare Termico

Il pannello solare non è l'unica fonte di energia impiantata che arriva direttamente dal Sole. Posti principalmente sui tetti degli edifici costruiti, i pannelli sono inclinati per assorbire i raggi del sole in modo più perpendicolare possibile.

Il sistema è formato da:

• Una superficie metallica capace di assorbire i raggi solari.
• Un rivestimento trasparente che permette alla radiazione di entrare, ma non permette al calore di uscire (effetto serra).

Tutta l'energia termica assorbita è trasferita a un liquido circolante.

Il Pannello Fotovoltaico

È formato dalla cella fotovoltaica per produrre energia elettrica direttamente dalla luce solare. Sfrutta l'effetto fotoelettrico, dove una lastra metallica colpita dalla luce emette elettroni.

Energia Eolica

L'energia eolica sfrutta il vento, ovvero una massa d'aria in movimento che possiede energia cinetica. Per utilizzarla si usano grosse centrali con torri eoliche o piccoli impianti.

Il Generatore Eolico

Il generatore eolico è la macchina che trasforma l'energia del vento in energia elettrica. È formato da:

• Navicella: la struttura superiore.
• Rotore: formato dalle pale fissate sul mozzo. Trasforma l'energia cinetica del vento in energia meccanica.

La Fattoria Eolica (Wind Farm)

Una fattoria eolica è un insieme di aerogeneratori collegati tra loro e opportunamente distanziati per evitare interferenze. Sebbene siano fonti pulite, possono presentare alcuni problemi come l'inquinamento acustico e l'occupazione di zone rurali che potrebbero limitare coltivazioni o pastorizia.

Le installazioni possono essere classificate in:

• On-shore (A riva): sulla terraferma, a più di 3 km dalla costa.
• Near-shore (Vicino alla spiaggia): sulla terraferma, a meno di 3 km dalla costa.
• Off-shore: installate direttamente sul mare, a diversi chilometri dalla costa.