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Banco Interamericano de Desarrollo / Inter-American Development Bank

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Con energia marina, energia oceanica o energia pelagica si intende l' energia racchiusa in varie forme nei mari e negli oceani.

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L' energia idroelettrica è considerata una fonte di energia alternativa e rinnovabile, che sfrutta la trasformazione dell' energia potenziale gravitazionale, posseduta da una certa massa d' acqua ad una certa quota altimetrica, in energia cinetica, al superamento di un certo dislivello; tale energia cinetica viene infine trasformata in energia elettrica in una centrale idroelettrica grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina.

I greci e i romani furono le prime civiltà nel Mondo, ad utilizzare la potenza dell'acqua, o più precisamente dell' energia cinetica prodotta da essa; si deve però specificare che queste due antiche civiltà sfruttarono questo tipo di energia rinnovabile solo per azionare semplici mulini ad acqua per macinare il grano.

Si deve aspettare il Basso Medioevo e le scoperte portate dal popolo degli Arabi del Nord Africa, per avere altri metodi di sfruttamento dell'energia contenuta in un flusso d'acqua: furono sempre più utilizzate, sia per l'irrigazione dei campi sia per la bonifica di vaste zone paludose, la ruota idraulica, schematizzabile come un mulino senza pale che ruotava su un punto fisso per azione della forza esercitata dall'acqua stessa.

Un progresso tecnico di enormi proporzioni si è avuto alla fine dell' Ottocento, circa all'inizio della Seconda Rivoluzione Industriale avvenuta in Europa e non solo, in seguito all'evoluzione della ruota idraulica in turbina, macchina motrice costruita da una ruota a pale imperniata su un asse, che all'inizio erano grossolane e schematizzate, ma con le innovazioni tecnologiche, soprattutto della prima metà del Novecento, divenne sempre più perfezionata e funzionale.

L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di dighe e di condotte forzate. Esistono vari tipi di centrale: nelle centrali a salto si sfruttano grandi altezze di caduta disponibili nelle regioni montane. Nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano invece grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli.

L'acqua di un lago o di un bacino artificiale viene convogliata a valle attraverso condutture forzate, trasformando così la sua energia potenziale in energia di pressione e cinetica grazie al distributore e alla turbina. L'energia meccanica viene poi trasformata attraverso il generatore elettrico, grazie al fenomeno dell' induzione elettromagnetica, in energia elettrica. Per permettere di immagazzinare energia e di averla a disposizione nel momento di maggiore domanda, sono state messe a punto centrali idroelettriche di generazione e di pompaggio. Nelle centrali idroelettriche di pompaggio, l'acqua viene pompata nei serbatoi a monte sfruttando l'energia prodotta e non richiesta durante la notte cosicché di giorno, quando la richiesta di energia elettrica è maggiore, si può disporre di ulteriori masse d'acqua da cui produrre energia. Questi impianti permettono di immagazzinare energia nei momenti di disponibilità per utilizzarla nei momenti di bisogno.

Nonostante i notevoli vantaggi per quanto riguarda l'inquinamento, tuttavia la costruzione di dighe e grandi bacini o invasi artificiali, con l'allagamento di vasti terreni, apporta sempre e comunque un certo impatto ambientale che nei casi più gravi può provocare lo sconvolgimento dell' ecosistema della zona con grandi danni ambientali, come è successo con la grande diga di Assuan in Egitto, oppure rischi di tipo idrogeologico come accaduto nel disastro del Vajont.

La produzione di energia idroelettrica può avvenire anche attraverso lo sfruttamento del moto ondoso, delle maree e delle correnti marine. In questo caso si parla di energia mareomotrice.

Bacino idroelettrico

Il bacino idroelettrico serve a raccogliere le acque di un fiume in una conca artificiale, il cui elemento principale è la diga, e farne alzare la quota, per poterne in seguito utilizzare il dislivello per la generazione di energia elettrica. Dal bacino alla centrale dove sono situati i generatori, è presente una condotta forzata, ovvero un tubo che ha l'imbocco iniziale largo e quello terminale stretto, per favorire la velocità di uscita sulle pale delle turbine.

Centrale idroelettrica

Per centrale idroelettrica si intende una serie di opere di ingegneria idraulica posizionate in una certa successione, accoppiate ad una serie di macchinari idonei allo scopo di ottenere la produzione di energia elettrica da masse di acqua in movimento. L'acqua viene convogliata in una o più turbine che ruotano grazie alla spinta dell'acqua. Ogni turbina è accoppiata a un alternatore che trasforma il movimento di rotazione in energia elettrica.

Lo sfruttamento dell'energia idroelettrica e la conseguente produzione di energia elettrica non è costante nel tempo, ma dipende dal rifornimento d'acqua del bacino d'acqua artificiale a sua volta dipendente dal regime degli immissari/fiumi e quindi dal regime precipitativo del bacino idrografico.

Una pratica diffusa in alcuni paesi/zone è quella di pompare acqua nei bacini idroelettrici durante la notte quando l'energia da spendere costa meno e riutilizzare l'energia idroelettrica accumulata di giorno quando la richiesta è maggiore e conseguentemente il prezzo risulta maggiore ottenendo così un guadagno netto.

Particolarmente nelle aree montuose si tende a sfruttare più volte la stessa acqua facendola passare da varie centrali idroelettriche poste a quote sempre più basse laddove la morfologia del territorio non rende possibile o comunque conveniente avere un unico grande salto. Nelle Alpi italiane è facile trovare situazioni in cui la stessa acqua è passata da 4 o 5 diverse centrali idroelettriche prima di arrivare al fiume Po.

Col termine asta si intende il complesso di opere idrauliche e centrali idroelettriche interconnesse che interessano il medesimo flusso idrico, in maniera sequenziale oppure articolata, generalmente operate dallo stesso gestore.

A titolo d'esempio un'asta articolata può essere composta da alcune captazioni che convogliano acqua ad una centrale idroelettrica AA le cui acque in uscita alimentano una centrale idroelettrica BB posta alcune centinaia di metri più in basso. Le acque in uscita da quest'ultima confluiscono in un lago artificiale assieme alle acque di scarico di una terza centrale CC alimentata dalle proprie captazioni, ed a sua volta il lago alimenta una centrale DD posta ovviamente ad una quota ancora più bassa.

L'energia idroelettrica è la principale risorsa alternativa alle fonti fossili usata in Italia e garantisce circa il 15% del fabbisogno energetico italiano. La sua importanza in passato fu molto più grande perché dagli inizi del XX secolo sino al primo dopoguerra l'energia idroelettrica rappresentava la grande maggioranza dell'energia prodotta in Italia arrivando anche a toccare punte di poco inferiori al 100%. Gli sviluppi futuri dell'idroelettrico riguarderanno il miglioramento della flessibilità degli impianti, ossia la capacità di mantenere efficienze elevate anche al variare della portata (ricordiamo che al momento gli impianti idroelettrici sono molto più efficienti degli impianti eolici e solari- circa 3-5 volte di più). Sono previsti anche sviluppi del settore micro idroelettrico, specialmente di impianti con ruota idraulica e Vite di Archimede, nonché impianti di pompaggio (che producono energia durante il giorno e che ripompano l'acqua nel bacino della diga di notte), e impianti che utilizzano l'energia delle onde e delle maree. Grandi sforzi sono in corso per minimizzare gli impatti ambientali (scale per pesci, turbine fish-friendly).

1. ^ Quaranta, Idroelettrico | Orizzontenergia , su orizzontenergia.it. URL consultato il 19 gennaio 2017 (archiviato dall'url originale il 28 settembre 2017).

2. ^ Emanuele Quaranta, Idroelettrico: Future sfide e trend tecnologici nel settore , su Orizzontenergia, 4 dicembre 2019. URL consultato il 17 dicembre 2019.

3. ^ News - Mini idroelettrico: Non bisogna essere per forza grandi per emergere | Emanuele Quaranta, Orizzontenergia , su orizzontenergia.it. URL consultato il 4 marzo 2018 (archiviato dall'url originale il 31 gennaio 2017).

4. ^ () Emanuele Quaranta, Water Wheels: Bygone Machines or Attractive Hydropower Converters?, Prescouter - Custom Intelligence, On-Demand , 3 ottobre 2016. URL consultato il 4 marzo 2018.

5. ^ () Emanuele Quaranta, Hydrodynamic Screws: From Archimedes to Electricity -Prescouter - Custom Intelligence, On-Demand , 29 novembre 2016. URL consultato il 4 marzo 2018.

6. ^ Emanuele Quaranta and Roberto Revelli, CFD simulations to optimize the blade design of water wheels, in Drinking water engineering and science, 10, 27-32.

7. ^ () Emanuele Quaranta, Can these turbines make hydropower more fish friendly? -Prescouter - Custom Intelligence, On-Demand , 24 gennaio 2018. URL consultato il 4 marzo 2018.

8. ^ () E. Quaranta, C. Katopodis, R. Revelli, Comoglio, C., Turbulent flow field comparison and related suitability for fish passage of a standard and a simplified low-gradient vertical slot fishway , in River Research and Applications, vol. 33, n. 8, 1º ottobre 2017, pp. 1295-1305, DOI:10.1002/rra.3193. URL consultato il 4 marzo 2018.

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L' energia idroelettrica è considerata una fonte di energia alternativa e rinnovabile, che sfrutta la trasformazione dell' energia potenziale gravitazionale, posseduta da una certa massa d' acqua ad una certa quota altimetrica, in energia cinetica, al superamento di un certo dislivello; tale energia cinetica viene infine trasformata in energia elettrica in una centrale idroelettrica grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina.

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L' energia eolica è l'energia del vento e degli eventi atmosferici, cioè l' energia cinetica di una massa d'aria in movimento. È una fonte di energia alternativa a quella prodotta dalla combustione dei combustibili fossili, rinnovabile e a sostegno dell' economia, pulita, che non produce emissioni di alcun tipo di gas serra durante il funzionamento e richiede una superficie di terra vasta, gli effetti sull'ambiente sono solitamente meno problematici rispetto a quelli provenienti da altre fonti di energia, ed è possibile sfruttarla grazie all'utilizzo di aerogeneratori che producono energia elettrica, pompe eoliche per la movimentazione di acqua, tramite mulini a vento che producono energia meccanica per macinare cereali o altri materiali o vele per il movimento di veicoli aerei o acquatici ( deltaplano, barca a vela, windsurf, ecc.).

È una fonte mediamente stabile di anno in anno, ma con una variazione significativa su scale di tempo più brevi: l'intermittenza del vento crea raramente problemi quando essa viene utilizzata per fornire fino al 20% della domanda totale di energia elettrica, ma se la richiesta è superiore vi è necessità di particolari accorgimenti alla rete di distribuzione e una capacità di produzione convenzionale. Alcuni metodi per la gestione della potenza prodotta, come quello di possedere sistemi di stoccaggio (come stazioni di pompaggio), turbine geograficamente distribuite, fonti alternative, accordi di esportazione e importazione di energia per aree limitrofe o la riduzione della domanda quando la produzione eolica è bassa, possono ridurre notevolmente questi problemi. Inoltre, le previsioni del tempo consentono alla rete elettrica di essere preparata tempestivamente a seconda delle variazioni previste nella produzione.

Grandi parchi eolici sono costituiti da centinaia di singoli aerogeneratori collegati alla rete di trasmissione di energia elettrica. L'eolico off-shore è più stabile, fornisce più energia e possiede un minor impatto visivo, tuttavia i costi di realizzazione e manutenzione sono notevolmente più alti. Piccoli impianti eolici on-shore forniscono elettricità a luoghi isolati. Le società elettriche acquistano sempre di più elettricità in eccesso prodotta da piccoli aerogeneratori domestici.

Il paese a più alta generazione eolica è la Danimarca, in cui il 43,4% del consumo elettrico derivava dal vento nel 2017. Sono almeno 83 gli altri paesi del mondo che utilizzano regolarmente l'energia eolica per il fabbisogno elettrico. Nel 2018 la capacità di generazione elettrica eolica installata nel mondo è aumentata del 9,6%, fino a 591 GW. Nel 2017 la produzione annuale di energia eolica è cresciuta del 17%, fino a coprire il 4,4% del fabbisogno elettrico planetario (nel 2010 era il 2,5%), fornendo l'11,6% dell'energia elettrica nell' Unione europea.

Per migliaia di anni, barche a vela e velieri hanno utilizzato l'energia eolica mentre gli architetti hanno usato la ventilazione naturale negli edifici fin dai tempi antichi. L'uso del vento per fornire energia meccanica è tuttavia iniziato un po' più avanti nella storia. La ruota a vento progettata dall'ingegnere greco Erone di Alessandria nel I secolo è il primo esempio noto di utilizzo dell'energia eolica per alimentare una macchina.

I primi mulini a vento furono in uso in Iran almeno dal IX secolo e forse già dal VII secolo. L'impiego di mulini a vento si diffuse subito dopo in tutto il Medio Oriente e nell' Asia centrale e più tardi anche in Cina e in India. Si ha notizia che, a partire dal 1000, i mulini a vento furono utilizzati, sia in Cina che in Sicilia per pompare acqua di mare per estrarre il sale. A partire dal 1180 furono ampiamente utilizzati in Europa nord-occidentale per macinare la farina, mentre le pompe a vento furono utilizzate per drenare i terreni per favorire l' agricoltura e per l' edilizia. I primi immigrati nel Nuovo Mondo portarono con loro queste tecnologie.

Un tipico mulino a vento nei Paesi Bassi

L'energia eolica veniva sfruttata per trasportare acqua o per muovere macine e triturare i cereali, in particolare in Paesi Bassi era utilizzata per pompare l'acqua dei (che sono delle parti di terra sotto il livello del mare), migliorando notevolmente il drenaggio dopo la costruzione delle dighe. I mulini olandesi erano i più grandi del tempo, divennero e rimasero il simbolo della nazione. Questi mulini erano formati da telai in legno sui quali era fissata la tela che formava così delle vele spinte in rotazione dal vento; l'asse di rotazione era orizzontale, come per quasi tutti i mulini europei (i mulini cinesi avevano invece, in genere, asse di rotazione verticale).

Negli Stati Uniti, lo sviluppo delle pompe a vento fu il fattore principale che permise la coltivazione e l'allevamento in vaste aree altrimenti prive di acqua facilmente accessibile. Queste pompe contribuirono inoltre all'espansione della rete ferroviaria mondiale, grazie ai sistemi di pompaggio dai pozzi necessari per fornire l'indispensabile acqua per le locomotive a vapore. La turbina eolica a più pale posizionata in cima a una torre in legno o in acciaio, fu per oltre un secolo una presenza fissa nei panorami dell'America rurale.

Nel 1881, Lord Kelvin propose di usare l'energia eolica quando "il carbone fosse finito". Nello stesso periodo fu proposto anche lo sfruttamento dell'energia solare.

Nel luglio 1887 il professore James Blyth, un accademico scozzese, costruì una turbina eolica nel giardino della sua casa delle vacanze a Marykirk e utilizzò l'energia elettrica prodotta per ricaricare gli accumulatori che alimentavano le luci nel suo . Nel 1891 i suoi esperimenti portarono alla formalizzazione di un brevetto. Durante l'inverno del 1887-1888 l'inventore statunitense Charles F. Brush produsse energia elettrica utilizzando un generatore alimentato dal vento che fornì la sua casa e il suo laboratorio fino al 1900. Nel 1890 lo scienziato e inventore danese Poul la Cour costruì turbine eoliche per produrre energia elettrica, che venne poi utilizzata per la produzione di idrogeno e ossigeno per elettrolisi. La Cour fu il primo a capire che realizzare turbine veloci con meno pale era la soluzione più efficiente nella produzione di energia elettrica. Nel 1904 fondò la Society of Wind Electricians.

Verso la metà degli anni venti alcune aziende come la Parris-Dunn e la Jacobs Wind-electric realizzarono turbine tra gli 1 e i 3 kilowatt che trovarono una larga diffusione nelle grandi pianure dell'Ovest degli Stati Uniti. Tuttavia, a partire dagli anni 1940 la domanda sempre crescente di potenza elettrica e la diffusione di una rete di distribuzione più capillare, rese questi piccoli generatori obsoleti.

Nel 1931, George Darrieus, un ingegnere aeronautico francese, ottenne il brevetto per la turbina eolica Darrieus che utilizzava profili alari per generare la rotazione e a Jalta, in Unione Sovietica, fu installato un prototipo da 100 kW di generatore eolico orizzontale. Nel 1956 Johannes Juul, un ex studente di La Cour, realizzò una turbina da 200 kW a tre pale a Gedser in Danimarca. Questo progetto influenzò il design di molte turbine successive.

Il Brazos Wind Farm. un moderno parco eolico del Texas

Nel 1975 il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti d'America ha finanziato un progetto per sviluppare turbine eoliche a grande scala. Il progetto si è concretizzato con la realizzazione di tredici turbine sperimentali da parte della NASA che hanno aperto la strada per gran parte della tecnologia utilizzata oggi. Da allora, le turbine hanno aumentato notevolmente le loro dimensioni con la Enercon E-126 in grado di erogare fino a 7,5 megawatt (MW).

Limitatamente all'uso dell'energia eolica come fonte di energia elettrica, tra il 2000 e il 2006 la capacità mondiale installata è quadruplicata. Nel 2005 la nuova potenza installata è stata di 11 000 megawatt, nel 2006 di 15 000 e nel 2007 di 20 000 megawatt. Nonostante la crisi economica, il 2008 è stato un anno record per l'energia eolica, con oltre 27 000 megawatt di nuova potenza installata in tutto il mondo. Da allora una grande crescita esponenziale ha portato ad avere già alla fine del 2008 una potenza cumulata totale di oltre 120 gigawatt, producendo elettricità pari ad oltre l'1,5% del fabbisogno mondiale di energia.

Il termine eolico deriva da Eolo (in greco antico Αἴολος), il dio dei venti nella mitologia greca.

L'energia eolica è l' energia cinetica prodotta dall'aria in movimento e solitamente prende il nome di vento. Il totale di energia eolica che fluisce attraverso una superficie immaginaria A durante il tempo t è:

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dove ρ è la densità dell'aria, v è la velocità del vento; Avt è il volume di aria che passa attraverso la sezione A, considerata perpendicolare alla direzione del vento; Avtρ è quindi la massa m che passa per l'unità di tempo. Notare che ½ ρv2 è l'energia cinetica dell'aria in movimento per unità di volume.

La potenza è l'energia per unità di tempo. Nel caso dell'energia eolica incidente su A, per esempio l'area del rotore di una turbina eolica, è:

[32]

L'energia eolica in una corrente d'aria aperta è quindi proporzionale alla terza potenza della velocità del vento: la potenza disponibile aumenta quindi di otto volte se la velocità del vento raddoppia. Le turbine eoliche per la produzione di energia elettrica devono quindi essere particolarmente efficienti a una maggiore velocità del vento.

Il vento è il movimento dell'aria sulla superficie terrestre, tra zone di alta pressione e bassa pressione. La superficie della Terra è riscaldata in modo non uniforme dal Sole, a seconda di fattori come l'angolo di incidenza dei suoi raggi sulla superficie, che differisce con la latitudine e l'ora del giorno, e del suolo: terreno chiaro o scuro, roccia, sabbia, fitta di vegetazione, acqua. Inoltre grandi masse d'acqua, come ad esempio gli oceani si riscaldano e si raffreddano più lentamente della terra. Le differenze di temperature quindi generano differenze di pressione. La presenza di due punti con differente pressione atmosferica origina una forza, detta forza del gradiente di pressione o forza di gradiente, che agisce premendo sulla massa d'aria per tentare di ristabilire l'equilibrio e dunque dando luogo al fenomeno del vento. Inoltre la rotazione della Terra trascina l'atmosfera intorno ad essa causando movimento di grosse masse d'aria ( Forza di Coriolis). Questi effetti si combinano portando alla naturale variabilità dei venti.

La quantità totale di energia economicamente estraibile dal vento è molto maggiore rispetto a quella attualmente fornibile da tutte le altre fonti. Axel Kleidon del Max Planck Institute in Germania, ha effettuato il calcolo della quantità di energia eolica disponibile in toto, concludendo che potrebbero essere estratti dai 18 ai 68 TW. Cristina Archer e Mark Z. Jacobson, in un calcolo differente da quello di Kelidon, hanno calcolato che ad un'altitudine di 100 metri sopra le terre e il mare, vi sono 1 700 TW di energia eolica. Di questi "tra 72 e 170 TW potrebbe essere estratti in modo pratico ed economicamente competitivo". In seguito le stime si sono ridotte a 80 TW. Tuttavia una ricerca effettuata presso l'Università di Harvard stima 1 Watt/m ² in media e tra i 2 e i 10 MW/km ² la capacità per i parchi eolici di grandi dimensioni, il che suggerisce che queste stime del totale delle risorse eoliche mondiali siano troppo alte per un fattore di circa 4.

Distribuzione della velocità del vento (rosso) e dell'energia (blu) per tutto il corso del 2002 presso l'impianto di Lee Ranch facility in Colorado. L'istogramma mostra i dati misurati, mentre la curva è modello di distribuzione di Rayleigh per la stessa velocità media del vento

La forza del vento è variabile e un valore medio per un determinato luogo non è in grado di indicare da solo la quantità di energia che potrebbe produrre una turbina eolica lì posizionata. Per valutare la frequenza delle velocità del vento ad una posizione particolare, una funzione di densità di probabilità è spesso usata per descrivere i dati osservati. Luoghi diversi avranno diverse distribuzioni di velocità del vento. Il modello di Weibull rispecchia da vicino l'effettiva distribuzione di ogni ora/dieci minuti la velocità del vento. Il fattore di Weibull è spesso vicino a 2 e quindi una distribuzione di Rayleigh può essere utilizzata come un modello meno accurato ma più semplice.

Si tratta di impianti di piccola taglia, adatti a un uso domestico o per integrare il consumo elettrico di piccole attività economiche tipicamente in modalità stand-alone, cioè sotto forma di singoli generatori, connesse poi alla rete elettrica con contributo alla cosiddetta generazione distribuita o ad impianti di accumulazione.

Di solito questi impianti sono costituiti da aerogeneratori del tipo ad asse orizzontale con diametro del rotore da 3 a 20 metri e altezza del mozzo da 10 a 20 metri. Solitamente per minieolico si intendono impianti con una potenza nominale fra 20 kW e 200 kW, mentre per microeolico si intendono impianti con potenze nominali inferiori ai 20 kW.

Per questi impianti di piccole dimensioni il prezzo di installazione risulta più elevato, attestandosi attorno ai 1 500-3 000 euro per kW installato, in quanto il mercato di questo tipo di impianti è ancora poco sviluppato; tra le cause le normative che, a differenza degli impianti fotovoltaici, in quasi tutta Europa non ne sostengono la diffusione. Questi impianti possono sfruttare le specifiche condizioni del sito in cui si realizza l'installazione. Sono impianti adattabili, che riescono a sfruttare sia venti deboli sia forti e che riescono a intercettare le raffiche improvvise tipiche dell' Appennino.

Per la valutazione dell'idoneità del luogo non si effettua solitamente una campagna di misure in sito (come avviene per installazioni medio-grandi), per l'elevata incidenza che tale costo potrebbe avere sull'investimento globale.

La valutazione, nel caso si ritenga sufficiente la disponibilità di vento (come velocità e continuità), deve considerare altri fattori quali: l'interferenza con altre strutture, l' inquinamento acustico, la lunghezza del percorso elettrico, eventuali vincoli ecologici (presenza di specie protette) o storico-archeologici.

Twind Technology, un concept design per una turbina d'alta quota

Vi sono numerosi progetti, in gran parte ancora a livello prototipale o pre-commerciale, per lo sfruttamento dell'energia eolica d'alta quota, che puntano ad una riduzione dei costi di produzione dell'energia rispetto ai sistemi eolici tradizionali. Una turbina eolica d'alta quota è un concetto di design per una turbina eolica che è situata in aria senza una torre, beneficiando così della velocità del vento più elevata e quasi costante ad alta quota, evitando la spesa di costruzione di torri, o la necessità di contatti rotanti o meccanismi di imbardata. Le sfide per un tale progetto comprendono la garanzia di avere una sospensione sicura in grado di mantenere turbine a centinaia di metri da terra a forti venti e tempeste, trasferendo la potenza generata a terra; tale problematiche sono attualmente affrontate principalmente ricorrendo alle sempre più affidabili tecnologie sviluppate nel campo dei droni. Inoltre potrebbero esserci delle interferenze con l'attività aviatoria.

Un promettente sviluppo dell'energia eolica è quella eolico-magnetica cioè prodotta con qualche tipo di aerogeneratore magnetoeolico con effetto di riduzione dell' attrito sperimentato dal rotore e dell'asse e del pignone principale del rotore con guadagno notevole di efficienza e minor costo di manutenzione. [senza fonte]

La torre solare è un impianto che sfrutta insieme l'energia solare ed eolica. Dispone alla base di un collettore, che, come una serra, accumula il calore fornito dai raggi del Sole. Questo collettore, però, è collegato ad una torre in cui, con la differenza di temperatura tra la base e la sommità, si viene a creare una corrente di aria calda che tende a salire, sfruttata per far muovere delle turbine e produrre elettricità.

Si definisce parco eolico un gruppo di turbine eoliche poste nelle vicinanze e utilizzate per la produzione di energia elettrica. Un grande parco eolico può essere composto da diverse centinaia di singoli generatori eolici distribuiti su una estesa superficie, ma la terra tra le turbine può essere utilizzata anche per scopi agricoli o altro. Un parco eolico può anche essere localizzato in mare aperto.

Quasi tutte le grandi turbine eoliche hanno lo stesso disegno: una turbina eolica ad asse orizzontale, con un rotore di bolina a tre lame, collegata a una navicella sulla cima di una torre tubolare. In un parco eolico le singole turbine sono interconnesse con una linea di media tensione (spesso 34,5 kV) e reti di comunicazione. In una sottostazione la corrente elettrica di media tensione viene poi elevata ad alta tensione con un trasformatore per poi essere immessa nella rete di distribuzione.

Si tratta dell'eolico più diffuso, anche per motivi storico-tecnologici. Le caratteristiche dell'eolico on-shore sono tipiche di impianti posizionati su località in genere distanti almeno 3 km dalla più vicina costa (esattamente), tipicamente su colline, alture o comunque in zone aperte e ventose. Questi impianti coprono un range di potenze prodotte molto esteso (da 20 KW a 20 MW) e possono essere connessi sia alla rete "pubblica" come quella dell' Enel, sia su una rete isolata per alimentare utilizzatori locali. Una delle configurazioni più diffuse è la "grid-connected"

Nel caso del near-shore si tratta invece di impianti distanti meno di tre chilometri dalla costa, tipicamente sull'entroterra, oppure sul mare, ma con distanze che non superano i 10 km dalla costa. Il sottoinsieme che è installato sulla terraferma ha caratteristiche simili alla on-shore in termini di range di produzione (da 20 Kw a 20 MW) mentre l'insieme in ambiente marino tipicamente garantisce potenze prodotte nell'ordine dei MW in configurazione "grid-connected".

Una panoramica del Parco eolico Whitelee

Molti dei più grandi parchi eolici onshore operativi sono situati negli Stati Uniti. A partire dal 2012, l'Alta Wind Energy Center è il più grande parco eolico onshore nel mondo con una produzione di 1 020 MW, seguito dai Shepherds Flat Wind Farm (845 MW) e il Parco eolico di Roscoe (781,5 MW). A partire da settembre 2012, il Sheringham Shoal Offshore Wind Farm e il Thanet Wind Farm nel Regno Unito sono i più grandi parchi eolici off-shore del mondo con 317 MW e 300 MW rispettivamente, seguiti da Horns Rev II (209 MW), in Danimarca.

Middelgrunden, impianto eolico da 40 MW nello stretto di Oresund al largo di Copenaghen

Con l'espressione "eolico off-shore" si intendono gli impianti installati ad alcune miglia dalla costa di mari o laghi, per meglio utilizzare la forte esposizione alle correnti di queste zone.

La Spagna ha effettuato uno studio di fattibilità della durata di un anno sull'intero territorio nazionale per determinare le aree maggiormente ventilate e con continuità e quindi i siti candidati all'installazione di centrali di taglia medio-grande. La Spagna ha esteso le misurazioni mediante centraline fisse e mobili anche a tutta la costa, oltre che a zone collinari e di montagna, preferendo l'eolico off-shore. Dopo aver diffuso microimpianti nelle singole abitazioni e un decentramento energetico, ora si realizzano pochi impianti centralizzati per la produzione di alcuni gigawatt per parco eolico.

Ad Havsui, in Norvegia, sorgerà il più grande impianto eolico off-shore al mondo, che potrà fornire 1,5 gigawatt di potenza elettrica.

Nel Regno Unito verrà realizzata un'estesa serie di generatori off-shore entro il 2020 in grado di produrre abbastanza corrente elettrica da alimentare le utenze domestiche. Il piano prevede impianti per 20 gigawatt che si aggiungeranno agli 8 gigawatt di impianti già deliberati. Nel 2008 il Fondo di inversioni della corona britannica, che possiede le aree marittime della Gran Bretagna, fino a circa 20 km dalla costa, con il programma Clipper's Britannia Project, ha deciso di investire in grandi aerogeneratori off-shore di potenza superiore ai 5 megawatt.

Il primo impianto eolico off-shore in Italia era previsto in Molise, in mare Adriatico a circa tre chilometri dalla costa tra Vasto e Termoli, per una capacità installata di 162 MW. Il progetto è stato bloccato nel 2007 a seguito del parere negativo della giunta regionale.

Le turbine offshore galleggianti potranno essere installate anche in siti marini molto profondi. Imitando la tecnologia delle piattaforme petrolifere, le turbine eoliche galleggianti vengono installate in mare aperto e sfruttano i venti costieri. Il progetto usa un sistema di ancoraggio a tre punti mediante cavi in acciaio ancorati al fondale, simile a quello utilizzato nelle piattaforme petrolifere. La Hydro, società norvegese che opera nel settore energia, ha collocato un prototipo di questa turbina vicino Karmøy, isola a sud est della Norvegia ed eventualmente vicino ad una installazione petrolifera con l'obiettivo di rifornirla di energia rinnovabile.

Anno 2018: dal rapporto statistico di TERNA, è risultata una produzione lorda di energia elettrica eolica pari a 1 261,880 GWh, contribuendo con il 4,74% alla produzione di energia elettrica nel mondo (26 617,3 GWh).

Verso la fine del 2012 nel mondo vi erano più di duecentomila turbine eoliche in funzionamento, con una capacità nominale complessiva di 282 482 MW. La sola Unione europea passò i circa 100 000 MW di capacità nominale nel settembre 2012, mentre gli Stati Uniti la Cina hanno superato i 50 000 MW nel mese di agosto 2012.

La capacità mondiale di generazione eolica è più che quadruplicata tra il 2000 e il 2006, raddoppiando circa ogni tre anni. Gli Stati Uniti hanno aperto la strada ai parchi eolici, ma nel 1997 la capacità installata della Germania aveva superato quella statunitense per poi essere tuttavia superata nel 2008. La Cina ha iniziato l'edificazione dei suoi impianti eolici verso la fine del 2000 per poi superare nel 2010 gli Stati Uniti e diventare leader mondiale.

Alla fine del 2012 la capacità mondiale nominale di generatori eolici era di 282 gigawatt (GW), in crescita di 44 GW rispetto all'anno precedente. Secondo la World Wind Energy Association, un'organizzazione di settore, nel 2010 l'energia eolica aveva generato 430 TWh, pari a circa il 2,5% di tutta l'energia elettrica utilizzata a livello mondiale. Nel 2008 essa copriva appena l'1.5% e solo lo 0,1% nel 1997. Tra il 2005 e il 2010 la crescita media annua dei nuovi impianti è stata del 27,6%. La penetrazione dell'energia eolica nel mercato dovrebbe raggiungere il 3,35% entro il 2013 e l'8% entro il 2018.

Diversi paesi hanno già raggiunto livelli relativamente elevati, come il 28% della produzione di energia elettrica in Danimarca (2011), il 19% in Portogallo (2011), il 16% in Spagna (2011), il 14% in Irlanda (2010) e l'8% in Germania (2011). A partire dal 2011, 83 paesi di tutto il mondo usavano energia eolica su base commerciale.

Nel 2009 l'Europa possedeva il 48% della capacità mondiale di produzione di energia eolica totale. Nel 2010 la Spagna è diventata il principale produttore europeo, raggiungendo i 42 976 GWh. La Germania tiene il primo posto in Europa in termini di capacità installata, con un totale di 27 215 MW registrati al 31 dicembre 2010.

Come si può notare dalla tabella e facendo un paragone con l'energia elettrica consumata ad esempio in Italia (circa 300 TWh/anno), la produzione di energia elettrica mondiale da fonte eolica è ancora molto bassa (per diverse ragioni di tipo prevalentemente tecnologico che di certo non possone essere spiegate in maniera esauriente in queste pagine) nonostante i fortissimi investimenti che molte nazioni stanno mettendo in atto.

L'efficienza massima di un impianto eolico può essere calcolata utilizzando la Legge di Betz, che mostra come l'energia massima che un generatore eolico qualunque può produrre sia il 59,3% di quella posseduta dal vento che gli passa attraverso. Tale efficienza è il massimo raggiungibile e un aerogeneratore con un'efficienza compresa tra il 40% al 50% viene considerato ottimo.

Gli impianti eolici consentono grosse economie di scala che abbattono il costo del chilowattora elettrico con l'utilizzo di pale lunghe ed efficienti dalla produzione di diversi megawatt ciascuna. Una maggiore potenza elettrica in termini di megawatt significa grossi risparmi sui costi di produzione, ma anche pale più lunghe e visibili da grandi distanze, con un maggiore impatto ambientale sul paesaggio. Un colore verde, nel tentativo di mimetizzare gli aerogeneratori all'interno del paesaggio, attenua in minima parte il problema, date le altezze degli impianti. Per questo motivo, nonostante la suddetta maggiore economicità ed efficienza degli impianti di grossa scala, per lo più si decide per una soluzione di compromesso tra il ritorno economico, che spinge verso impianti più grandi, e l'impatto paesaggistico.

Capacità installata nel mondo tra il 1997 e il 2020 [MW], sviluppo e predizione. Fonte dei dati: WWEA[67]

WorPrevisione della capacità di potenza installata (Fonte: Global Wind Energy Council)[68][69]

Nel 2010 più della metà di tutta la nuova potenza eolica è stata installata al di fuori dei mercati tradizionali europei e nord americani. Ciò è stato dovuto in particolare alla forte crescita di installazioni in Cina che hanno rappresentato quasi la metà dei nuovi impianti eolici (16,5 GW).

Le cifre fornite dal Global Wind Energy Council (GWEC) mostrano che nel 2007 si è registrato un incremento di potenza installata di 20 GW, portando il totale della capacità installata di energia eolica a 94 GW, contro i 74 GW del 2006. Nonostante i vincoli che affrontano le industrie di produzione delle turbine eoliche, il mercato annuale ha continuato a crescere ad un tasso stimato del 37%, dopo una crescita del 32% nel 2006. In termini di valore economico, il settore eolico è diventato uno dei principali attori dei mercati energetici, con un valore totale delle nuove apparecchiature installate nel 2007 di 36 miliardi di dollari.

Anche se l'industria eolica ha risentito della crisi finanziaria globale nel 2009 e del 2010, la crescita ha continuato fino al 2013. Negli ultimi cinque anni la crescita media di nuovi impianti è stata del 27,6% all'anno. La previsione per il 2013 attestava il tasso di crescita annuo medio al 15,7%. Più di 200 GW di nuova capacità eolica potrebbero entrare in produzione entro la fine del 2013. Il potere di penetrazione dell'eolico nel mercato dovrebbe raggiungere il 3,35% entro il 2013 e l'8% entro il 2018. La crescita della potenza eolica installata si è confermata negli ultimi anni raggiungendo, a giugno 2015, i 392 GW pari al 4% della produzione di energia elettrica mondiale.

Capacità installata di energia eolica nel mondo (Fonte: GWEC)[73]

Alcuni dati sono disponibili per alcune località e il fattore di capacità può essere così calcolato dalla produzione annuale. Ad esempio, a livello nazionale, il fattore di capacità della Germania, analizzato su tutto il 2012, era di poco inferiore al 17,5% (45.867 GW·h/anno/(29,9 GW×24×366) = 0,1746) mentre il fattore di capacità per i parchi eolici scozzesi arrivava, tra il 2008 e il 2010, alla media del 24%.

In uno studio del 2008 pubblicato dallo statunitense Department of Energy's Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, il fattore di capacità raggiunto dalle turbine eoliche presenti nel paese si è dimostrato di essere in aumento, grazie soprattutto ai miglioramenti tecnologici. Il fattore di capacità raggiunto nel 2010 dalle nuove turbine eoliche ha raggiunto quasi il 40%.

Per penetrazione dell'energia eolica ci si riferisce alla percentuale di energia prodotta dal vento, rispetto alla capacità totale di produzione disponibile. Non esiste un livello massimo generalmente accettato per quanto riguarda l'eolico. Il limite per una particolare zona dipenderà dalle centrali esistenti, dai meccanismi di tariffazione, dalla capacità di stoccaggio di energia, dalla gestione della domanda e da altri fattori. Una rete elettrica interconnessa comprenderà già la possibilità di generare elettricità di riserva e la capacità di ovviare ai vari guasti che potrebbero accadere alle apparecchiature.

Questa capacità di riserva può anche servire per compensare la variabilità di generazione di energia prodotta da impianti eolici. Gli studi hanno indicato che il 20% del consumo di energia elettrica totale annuo può essere raggiunto con minime difficoltà. Questi studi sono stati effettuati per luoghi dove gli impianti eolici erano dislocati geograficamente, vi era una certa possibilità di stoccaggio dell'energia (ad esempio tramite stazioni di pompaggio) e interconnessioni elettriche su vasta scala che permettono all'occorrenza di importare elettricità. Superato il 20% vi sono pochi limiti tecnici, ma le implicazioni economiche diventano più significative. Vi sono continui studi sugli effetti della penetrazione a larga scala dell'eolico per determinarne la stabilità e l'economia del sistema.

Un modello di penetrazione dell'energia eolica può essere specificato per diversi periodi di tempo. Su base annua, a partire dal 2011, poche sistemi elettrici possedevano livelli di penetrazione superiori al 5%: Danimarca - 26%, Portogallo - 17%, Spagna - 15%, Irlanda - 14%, e Germania - 9%. Per gli Stati Uniti, nel 2011, il livello di penetrazione è stato stimato intorno al 2,9%. Per ottenere un ipotetico 100% annuale dall'energia eolica, sarebbe necessario un sistema di accumulo dell'energia molto esteso. Su base mensile, settimanale, giornaliera o oraria, il vento può essere in grado di il 100% o più dell'uso corrente, con il resto conservato o esportato. L'industria può usufruire dei periodi di scarso utilizzo dell'energia eolica, come di notte quando l'energia prodotta può essere superiore alla domanda. Tali settori industriali possono includere la produzione di silicio, di alluminio, di acciaio o di idrogeno. La produzione di quest'ultimo può permettere, grazie ad una sua successiva riconversione nelle celle a combustibile, uno stoccaggio dell'energia a lungo termine, facilitando il raggiungimento del 100% di produzione di energia da fonti rinnovabili.

La General Electric ha installato un prototipo di turbina eolica con una batteria integrata equivalente a 1 minuto di produzione. Nonostante la piccola capacità, si è resa sufficiente per garantire una potenza costante, indipendentemente dalla condizioni atmosferiche. Una maggior prevedibilità dei consumi e delle condizioni meteo, possono portare a rendere conveniente una penetrazione da parte dell'energia eolica fino al 30%-40%. Il costo della batteria può essere ripagato con la vendita di energia su richiesta e sulla riduzione del fabbisogno di ricorrere a impianti a gas di supporto.

La produzione di energia elettrica tramite lo sfruttamento del vento, può essere altamente variabile su diverse scale temporali: oraria, giornaliera o stagionale. Variazioni annuali possono anche verificarsi, ma non sono così significative.

Poiché la generazione istantanea di energia elettrica e i consumi devono rimanere in equilibrio per mantenere la stabilità della rete, questa variabilità può presentare difficoltà considerevoli per integrare grandi quantità di energia eolica in un sistema strutturato. L'Intermittenza della produzione può comportare costi aggiuntivi per la regolamentazione e, ad alti livelli di penetrazione, potrebbe rendersi necessaria un aumento della complessità del sistema, il ricorso a soluzioni di stoccaggio e l'interconnessione con sistemi High Voltage Direct Current (HVDC).

L'energia eolica è molto variabile, ma durante i periodi di mancanza di vento essa può essere sostituita da altre fonti di alimentazione. Attualmente, le reti di trasmissione possono far fronte alle interruzioni nella produzione e alle variazioni giornaliere della domanda elettrica. Attualmente, i sistemi di distribuzione energetica con grande penetrazione dell'eolico, richiedono la presenza di centrali a gas naturale in grado di sopperire alla perdita totale di energia elettrica nel caso in cui le condizioni non siano favorevoli per la produzione dal vento. Quando vi è una bassa penetrazione degli impianti eolici, questi problemi risultano minori.

Un'analisi effettuata in Danimarca ha osservato che la loro rete di energia eolica aveva fornito meno dell'1% della domanda media per 54 giorni nel corso del 2002. I sostenitori dell'eolico ritengono che questi periodi di bassa ventosità possono essere affrontati riavviando le centrali a combustibili fossili già presenti o ricorrendo alle interconnessioni HVDC. Tuttavia la risposta delle centrali termoelettriche ad un bisogno di energia è piuttosto lento e perciò è necessario avere la disponibilità anche di impianti di generazione di energia idroelettrica. Secondo uno studio del 2007 della Stanford University pubblicato sul Journal of Applied Meteorology and Climatology, l'interconnessione di dieci o più impianti eolici può permettere di produrre il 33% dell'energia totale in maniera affidabile, a condizione che siano rispettati i criteri minimi come la velocità e l'altezza della turbina.

Al contrario nelle giornate particolarmente ventose, anche con livelli di penetrazione del 16%, la produzione di energia eolica si è dimostrata in grado di superare tutte le altre fonti di energia elettrica. In Spagna il 16 aprile 2012 la produzione di energia eolica ha raggiunto la più alta percentuale di produzione di energia elettrica mai raggiunta, con gli impianti eolici che hanno coperto il 60,46% della domanda energetica totale.

Un forum per l'energia condotto nel 2006 ha presentato i costi per la gestione dell'intermittenza, in funzione della quota di energia eolica totale per diversi paesi, ciò è mostrato nella tabella a destra. Tre studi emessi nel 2009 sulla variabilità del vento nel Regno Unito concordano sul fatto che la variabilità del vento deve essere presa in considerazione, ma tuttavia ciò non rende il sistema ingestibile. I costi aggiuntivi, che sono comunque modesti, possono essere quantificati.

L' energia solare tende ad essere complementare al vento. Le zone ad alta pressione tendono a portare cielo sereno e bassi venti di superficie, mentre le aree di bassa pressione tendono ad essere più ventose e più nuvolose. Su scale temporali stagionali, si registrano picchi di energia solare in estate, mentre in molte zone l'energia eolica è più bassa in estate e più alta nella stagione invernale. In questo modo le intermittenze tra energia eolica e solare tendono a compensarsi a vicenda. Nel 2007 l'Istituto per l'energia solare Tecnologia di approvvigionamento dell'Università di Kassel ha testato un impianto pilota combinato di energia solare, eolica, biogas e hydrostorage allo scopo di fornire energia elettrica in modo costante per tutto il giorno tutto l'anno, interamente da fonti rinnovabili.

Alcuni metodi di previsione vengono utilizzati per la produzione di energia eolica, ma la prevedibilità di un particolare parco eolico è comunque bassa in una breve scala temporale. Per ogni particolare generatore, vi è un 80% di probabilità che la sua produzione cambi per meno del 10% in un'ora e una probabilità del 40% che cambi più del 10% in 5 ore.

Così mentre la produzione di una singola turbina può variare notevolmente e rapidamente, più turbine collegate tra di loro su aree più grandi, la potenza media diventa meno variabile e più prevedibile.

La velocità del vento può essere prevista con precisione su grandi aree e quindi il vento può considerarsi una fonte di energia prevedibile per l'immissione in una rete elettrica. Tuttavia, a causa della variabilità e sebbene prevedibile, la disponibilità di energia eolica deve essere programmata.

Raramente l'energia eolica soffre di guasti tecnici, dato che un malfunzionamento di un singolo aerogeneratore comporta un relativamente basso impatto sulla potenza erogata complessiva in grandi parchi eolici. Altri metodi di produzione di energia elettrica possono risentire, anche in maniera grave, di interruzioni imprevedibili.

In generale l'energia eolica e l'energia idroelettrica si integrano molto bene. Quando il vento soffia con forza, le centrali idroelettriche possono temporaneamente pompare indietro la loro acqua e quando il vento cala, il rilascio a valle dell'acqua può rapidamente compensare la mancanza di energia, mantenendo stabile l'offerta.

Le centrali Idroelettriche di pompaggio o altre forme di immagazzinamento dell'energia possono stoccare l'energia sviluppata in periodi particolarmente ventosi e rilasciarla quando vi è la necessità. L'immagazzinamento necessario dipende dal livello di penetrazione dell'energia eolica nel sistema: una bassa penetrazione richiede uno stoccaggio a breve termine, mentre un'alta penetrazione necessita di stoccaggio sia a breve che lungo termine, fino a un mese o più. L'energia immagazzinata aumenta il valore economico dell'energia eolica in quanto può essere utilizzata durante i periodi di picco della domanda e cioè quando il suo costo è più elevato. Questo guadagno può compensare i costi e le perdite dovute all'immagazzinamento. Il costo dello stoccaggio energetico può arrivare a incrementare del 25% il costo dell'energia eolica prodotta, ma ciò tenderebbe a diminuire nel caso di grandi produzioni energetiche.

Ad esempio, nel Regno Unito, la Dinorwig Power Station da 1,7 GW è in grado di uniformare i picchi di domanda elettrica e garantire ai fornitori di energia elettrica di far funzionare i propri impianti al massimo del loro rendimento [senza fonte]. Anche se i sistemi di pompaggio presentano solo circa il 75% di efficienza e hanno alti costi di installazione, i loro bassi costi di gestione e la capacità di ridurre la richiesta di energia da fonti combustibili possono far abbassare i costi totali di generazione elettrica.

In particolare, in alcune regioni geografiche il picco di velocità del vento può non coincidere con i picchi di richiesta di energia elettrica. Per esempio in California e in Texas i caldi giorni estivi sono caratterizzati da una bassa velocità del vento e da una forte domanda elettrica per via dell'utilizzo dell' aria condizionata. Alcune sovvenzioni per l'acquisto di pompe di calore geotermiche, al fine di ridurre la domanda di energia elettrica nei mesi estivi, hanno reso l'aria condizionata fino al 70% più efficiente. Un'altra opzione è quella di interconnettere aree geografiche ampiamente disperse con sistemi di rete HVDC. Si stima che negli Stati Uniti aggiornamento del sistema di trasmissione in tal senso richiederebbe un investimento di almeno 60 $ miliardi.

La Germania ha una capacità installata di eolico e di solare che supera la domanda giornaliera di energia elettrica [[[Aiuto:Chiarezza|]]], e sta esportando la potenza "eccessiva" nei paesi vicini. Una soluzione più pratica sarebbe l'installazione di un sistema di stoccaggio sufficiente per almeno 30 giorni in grado di fornire l'80% della domanda. Proprio come l'Unione europea che impone ai paesi membri di mantenere 90 giorni di riserve strategiche di petrolio, si può prevedere che i paesi vadano a installare sistemi di stoccaggio di energia elettrica.

Secondo il direttore di questo parco eolico, il bestiame ignora le turbine eoliche,[113] e continua a pascolare come prima che ne avvenisse l'installazione

Rispetto all'impatto ambientale delle fonti energetiche tradizionali, l'impatto dell'energia eolica è relativamente minore in termini di inquinamento. L'energia eolica non consuma carburante e non emette inquinante atmosferico, a differenza di fonti di energia fossili. L'energia consumata per produrre e trasportare i materiali utilizzati per costruire un impianto eolico è uguale alla nuova energia prodotta dall'impianto nei primi mesi. Un parco eolico può occupare una vasta area di terreno, ma attività come l'agricoltura e l'allevamento sono compatibili, visto il piccolo ingombro dei singoli generatori.. La cantieristica per l'installazione su terraferma richiede vie d'accesso compatibili per il trasporto dei voluminosi e pesanti materiali e mezzi.

L'entità dell'impatto ecologico può essere o meno significativo, a seconda delle circostanze specifiche. Anche se tutte le strutture artificiali possono uccidere gli uccelli, l'energia eolica ha un effetto elevato su alcune specie di uccelli in via di estinzione, come le precarie popolazioni di aquila reale degli Stati Uniti. Un gruppo particolarmente vulnerabile sono i rapaci. Tuttavia anche se ha un effetto trascurabile sulla maggior parte degli uccelli, in alcune località non vi sono stati dimostrati effetti estremamente negativi su alcuni uccelli di interesse conservazionistico.

Tuttavia una grande meta-analisi di 616 studi individuali sulla produzione di energia elettrica e dei suoi effetti sulla mortalità aviaria hanno concluso che gli effetti più visibili della tecnologia eolica non sono necessariamente i più evidenti, come:

Un'oculata scelta del posizionamento delle turbine eoliche può mitigare il numero dei decessi della fauna selvatica.

Vi sono state anche segnalazioni di effetti negativi dovuti al rumore sulle persone che vivono molto vicino alle turbine eoliche. Studi peer-reviewed non hanno generalmente sostenuto queste preoccupazioni.

Un problema dell'energia eolica è la sua bassa densità energetica il che comporta, nel caso di utilizzo su vasta scala delle tecnologie che sfruttano questa fonte energetica, il dover occupare enormi superfici. Per fare un esempio, confrontando la densità di potenza generata (W/m² - potenza riferita all'unità di superficie) da una centrale eolica con una centrale che utilizza turbine a gas, il divario è notevole: 0,5 ÷ 1,5 W/m² per una centrale eolica; 5 000 ÷ 15 000 W/m² per una centrale con turbine a gas che utilizza metano come combustibile.

A circa a metà degli anni 2000 l'energia eolica ha raggiunto la grid parity rispetto alle altre fonti tradizionali, ovvero il punto in cui la sua produzione ha lo stesso prezzo dell'energia prodotta tramite fonti di energia tradizionali. Inoltre i costi in continua discesa fanno supporre che l'energia eolica diventerà la fonte di energia più economica tra quelle disponibili su larga scala. Tuttavia, una quantità significativa di risorse di energia eolica del Nord America rimane sopra la grid parity a causa delle lunghe distanze di trasmissione.

Nella tabella che segue sono indicati i materiali necessari per la costruzione di una singola turbina eolica con potenza nominale pari a 5 MW:

Materiali critici

Quantità materiali critici per la costruzione del
generatore ad eccitazione elettrica (kg)

Quantità materiali critici per la costruzione del
generatore a magneti permanenti (kg)

Materiali base

Quantità (tonnellate)

Se ad esempio in Italia si volesse produrre metà dell'energia consumata in un anno (120,3 Mtep) utilizzando turbine eoliche di questa taglia, bisognerebbe costruire e installare più di 116 000 di questi dispositivi (1 Mtep = 11 630 GWh; tempo equivalente di funzionamento di un impianto eolico in Italia = 1 200 h/anno). In questo calcolo non sono stati considerati i materiali necessari alla costruzione delle infrastrutture per l'accumulo energetico data l'intermittenza dell'energia eolica (impianti idraulici di pompaggio; impianti elettrochimici; idrogeno e celle a combustibile; aria compressa; ecc).

Progetto per il National Renewable Energy Laboratory che dovrebbe abbassare del 25% il costo dell'energia eolica tra il 2012 e il 2030[128]

Una relazione della British Wind Energy Association ha fornito il costo medio per la generazione di energia eolica onshore a circa 3,2 pence (tra i 5 e i 6 dollari statunitensi) per kW·h (2005). Il costo per unità di energia prodotta è stata stimata nel 2006 essere paragonabile al costo della generazione elettrica per gli Stati Uniti mediante il carbone e il gas naturale. Il costo dell'eolico è stato stimato a 55,80 dollari per MW·h, il carbone a $ 53.10 per MW·h e il gas naturale a $ 52,50. Risultati simili comparativi con il gas naturale sono stati ottenuti in uno studio governativo promosso nel Regno Unito ed effettuato nel 2011. Uno studio sull'energia eolica risalente al 2009 effettuato in Spagna dalla re Juan Carlos University ha concluso che per ogni MW installato di energia eolica ha portato alla perdita di 4,27 posti di lavoro. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha espresso forti perplessità sullo studio, giudicandolo gravemente carente e con conclusioni non supportate dalle evidenze. Il ricorso all'energia eolica, anche se sovvenzionata, è in grado di ridurre i costi per i consumatori (5 000 000 000 €/anno in Germania), riducendo il prezzo marginale e l'utilizzo di costose centrali tradizionali.

Parco eolico a Rivoli Veronese, Italia. In primo piano il Forte di Rivoli

Un rapporto del 2011 della American Wind Energy Association ha dichiarato: "I costi dell'energia eolica sono diminuiti nel corso degli ultimi due anni, nel range di 5-6 centesimi per chilowattora, circa 2 centesimi in meno rispetto alla produzione elettrica tramite carbone. I produttori di apparecchiature possono anche consegnare i prodotti nello stesso anno in cui vengono ordinati invece di aspettare fino a tre anni per le tradizionali centrali... con i nuovi 5 600 MW di nuova capacità installata negli Stati Uniti, il trenta per cento di tutte le nuove generazione di energia nel 2005 è venuta dal vento. I fornitori di energia sono sempre più attratti dal vento come una vantaggiosa copertura contro gli imprevedibili movimenti di prezzo delle materie prime".

Il costo di installazione in Italia, facendo riferimento ad impianti con una potenza nominale superiore ai 600 kilowatt, varia secondo la complessità dell' orografia del terreno in cui l'impianto è installato, della classe di macchina installata, della difficoltà di connessione alla rete elettrica. Una centrale di 10 megawatt, allacciata alla rete in alta tensione, costerebbe tra i 15 e i 20 milioni di euro, mentre per una centrale allacciata alla rete di media tensione (3-4 megawatt) il costo si comprime tra 1,2 e 1,5 milioni di euro al megawatt. Gli unici capitoli di spesa totale riguardano l'installazione e la manutenzione, dato che non ci sono costi di approvvigionamento della fonte produttrice di energia.

I proprietari terrieri negli Stati Uniti in genere ricevono dai 3 000 ai 5 000 dollari all'anno di reddito per la locazione di ogni turbina eolica, mentre gli agricoltori continuano a coltivare o pascolare il bestiame fino ai piedi delle turbine. Alcune delle oltre 6 000 turbine eoliche nel Altamont Pass Wind Farm, in California, Stati Uniti si sono sviluppate nel corso di un periodo di incentivi fiscali del 1980, questo parco eolico ha più turbine di qualsiasi altro negli Stati Uniti.

L'industria eolica statunitense genera decine di migliaia di posti di lavoro e miliardi di dollari di attività economica. Progetti di parchi eolici forniscono tasse locali o entrate che rafforzano l'economia delle comunità rurali, fornendo reddito degli agricoltori tramite l'affitto per il posizionamento di turbine eoliche sulla loro terra. L'energia eolica in molte giurisdizioni riceve un sostegno finanziario o altro per favorire il suo sviluppo. Molte giurisdizioni propongono vantaggi per l'installazione di parchi eolici, sia per aumentare l'attrattiva o per compensare le sovvenzioni che ricevono altre forme di produzione che hanno significative esternalità negative.

I combustibili fossili sono sovvenzionati da molti governi, e queste sovvenzioni sono spesso erogate anche all'energia eolica e alle altre forme di energia rinnovabili. Ad esempio, uno studio del 2009 dalla Environmental Law Institute ha valutato la dimensione e la struttura dei sussidi energetici degli Stati Uniti nel periodo 2002-2008. Lo studio stima che i sussidi alle fonti basate su combustibili fossili fossero pari a circa 72 miliardi di dollari mentre quelli dati alle fonti di energia rinnovabile fossero stimabili in 29 miliardi di dollari. Negli Stati Uniti, il governo federale ha pagato 74 miliardi di dollari per sussidi energetici per sostenere la ricerca e sviluppo per l' energia nucleare (50 miliardi di dollari) e per combustibili fossili (24 miliardi di dollari) tra il 1973 e il 2003. Durante questo stesso periodo di tempo, le tecnologie per le energie rinnovabili e l'efficienza energetica hanno ricevuto un totale di 26 miliardi di dollari. È stato suggerito che uno spostamento delle sovvenzioni aiuterebbe i settori energetici crescenti cioè solare, eolica e biocarburanti. La storia dimostra che nessun settore energetico è stato sviluppato senza sovvenzioni.

Negli Stati Uniti il settore dell'energia eolica ha recentemente aumentato di molto i suoi sforzi di lobbying, spendendo circa 5 milioni di dollari nel 2009, dopo anni di relativa oscurità a Washington. A titolo di confronto, l'industria nucleare degli Stati Uniti da sola spende oltre 650 milioni di dollari in dieci anni per attività di lobbing.

Dopo gli incidenti nucleari giapponesi 2011, il governo federale tedesco sta lavorando a un nuovo piano per aumentare l' efficienza energetica e la commercializzazione delle energie rinnovabili, con un focus particolare sui parchi eolici offshore. Nell'ambito del piano delle grandi turbine eoliche saranno erette lontano dalle coste, dove il vento soffia più coerentemente di quanto non faccia sulla terra e dove le enormi turbine non daranno fastidio agli abitanti. Il piano mira a ridurre la dipendenza della Germania dall'energia derivata dal carbone e dalle centrali nucleari.

Indagini sull'opinione pubblica effettuati in tutta Europa e in molti altri paesi mostrano un forte sostegno per l'energia eolica. L'80% dei cittadini europei sostiene l'energia eolica. In Germania, dove l'energia eolica vanta un alto grado di accettazione sociale, centinaia di migliaia di persone hanno investito in impianti eolici in tutto il paese e migliaia di piccole e medie imprese hanno avuto successo impiegando 90 000 persone e generando l'8% dell'energia elettrica del paese. Anche se l'energia eolica è una forma popolare di generazione di energia, la costruzione di parchi eolici non è universalmente accolta, spesso per motivi estetici.

In Spagna, con alcune eccezioni, non vi è stata opposizione all'installazione di parchi eolici terrestri. Tuttavia i progetti per la costruzione di parchi off-shore sono stati più controversi. In particolare la proposta di costruire il più grande impianto di produzione offshore di energia eolica nel mondo nel sud ovest della Spagna sulla costa di Cadice, dove nel 1805 avvenne la Battaglia di Trafalgar, è stata accolta con una forte opposizione, per le ricadute negative sia per la pesca sia per il turismo perché la zona è considerata un cimitero di guerra.

In un sondaggio condotto da Angus Reid Strategies nell'ottobre del 2007, l'89 per cento degli intervistati ha dichiarato che l'utilizzo di fonti di energia rinnovabili, come l'energia eolica o solare è stato positivo per il Canada, perché queste fonti hanno migliorato l'ambiente. Solo il 4% considera l'utilizzo di fonti rinnovabili come negativo dal momento che possono essere inaffidabili e costose. Secondo un sondaggio della Consulting San effettuato nell'aprile del 2007, l'energia eolica è stata la fonte di energia alternativa con più consenso nel pubblico per lo sviluppo del Canada. Per contro, 3 canadesi su 4 si sono opposti allo sviluppo nucleare.

Un sondaggio del 2003 effettuato su residenti scozzesi che vivono intorno a 10 parchi eolici esistenti ha dimostrato alti livelli di accettazione della comunità e un forte sostegno per l'energia eolica, soprattutto da chi viveva più vicino agli impianti. I risultati di questo studio supportano quelli di un sondaggio precedente che evidenziava come gli scozzesi fossero a favore di eneregia da fonti rinnovabili e che considerassero il vento come la migliore. Un sondaggio condotto nel 2005 ha mostrato che il 74% degli scozzesi concordano sul fatto che le centrali eoliche siano necessarie per soddisfare le esigenze energetiche attuali e future. Un'indagine del 2010 ha anche mostrato che il 52% non era d'accordo con l'affermazione che le centrali eoliche siano "una brutta macchia sul paesaggio". Il 59% conveniva che le centrali eoliche erano necessarie e che il loro aspetto era poco importante. La Scozia sta progettando di ottenere il 100% di elettricità da fonti rinnovabili entro il 2020.

Alcuni parchi eolici come questo, situato in Cumbria, Inghilterra, hanno destato perplessità nell'opinione pubblica riguardo al loro impatto visivo

Molte aziende eoliche lavorano con le comunità locali per ridurre i problemi ambientali e altri disturbi degli impianti eolici. Procedure di consultazione, pianificazione e approvazione da parte degli organi amministrativi aiutano a ridurre al minimo i rischi ambientali. Alcune comunità possono ancora opporsi ai parchi eolici, ma, secondo The Institute in Australia, le loro preoccupazioni deve essere valutate rispetto alla necessità di affrontare le minacce poste dai cambiamenti climatici e dalle opinioni di comunità più ampie.

In America i progetti di parchi eolici sono correlati all'aumento della base imponibile locale, contribuendo così a pagare scuole, strade e ospedali. I progetti eolici rilanciano anche l'economia delle comunità rurali, fornendo reddito stabile per gli agricoltori e gli altri proprietari terrieri.

Nel Regno Unito sia il National Trust sia la Campaign to Protect Rural England hanno espresso preoccupazione per gli effetti sul paesaggio rurale causati dalle turbine eoliche impropriamente installate e dai parchi eolici.

Alcuni parchi eolici sono diventati attrazioni turistiche. La Whitelee Wind Farm Visitor Centre dispone di una sala espositiva, un centro di apprendimento, di una caffetteria con una piattaforma di osservazione e anche di un negozio. Essa è gestita dal Glasgow Science Centre.

Nonostante questo supporto generale, l'opposizione locale spesso esiste e talvolta ha ritardato o interrotto una serie di progetti.

Mentre le questioni estetiche sono soggettive e alcuni trovano parchi eolici piacevoli o simboli di indipendenza energetica e di prosperità locale, gruppi di protesta si sono spesso formati per tentare di bloccare nuovi siti eolici per vari motivi.

Questo tipo di opposizione è spesso descritto come NIMBYismo, ma la ricerca effettuata nel 2009 ha rilevato che vi sono prove a sostegno della convinzione che i residenti contestani solo per impianti di energia rinnovabili.

Negli Stati Uniti il costo della potenza installata per impianti micro-eolici e mini-eolici varia da 3 000 a 5 000 $ per kilowatt. Molto spesso le turbine domestiche vengono installate in luoghi e posizioni inadeguate, dando luogo a una bassa resa (5-15%), comunque in generale, a maggiore altezza si ha un maggiore fattore di capacità.

Se un'utenza come una villa o fondo agricolo installa un aerogeneratore da 20 kW (con un costo complessivo tra generatore, torre e allacciamento di circa 40 000-100 000 euro) e questo fornisce un output pari al 20% della potenza nominale avremo un costo effettivo di 40 000-100 000 euro per 4 kW medi di potenza media effettiva (10 000-25 000 euro/kilowatt). Questo costo della potenza media corrisponde a circa 2-10 volte quello del nucleare (Il mini-eolico non beneficia della produzione di massa, inoltre necessita di molta manutenzione, e il costo dell'energia elettrica effettivamente prodotta dall'eolico tende ad essere ancora meno conveniente), ma per un'utenza domestica non industriale potrebbe essere accettabile in quanto consente l' autosufficienza energetica. Con il conto energia si possono ricuperare 5 000-10 000 euro all'anno, se l'apparato viene posizionato in una zona adeguata, su di un pilone molto alto.

Per l'ottimizzazione economica dell'impianto micro o mini-eolico è necessario scegliere un'altezza adeguata dell'asse delle pale (l'ideale va dai 30 ai 100 metri in pianura, ma può essere minore su di un colle). Le zone dove è stata misurata la maggiore costanza di venti economicamente sfruttabili sono la Sardegna, la Sicilia, l' Appennino tosco-emiliano, l'Appennino nella Basilicata e nella zona di confine tra Campania, Calabria, Molise, Puglia. Proprio in Basilicata sono state costruite nel 2016 più centrali di mini-eolici che hanno suscitato anche più di qualche lamentela da parte dei cittadini. Le più importanti sono attualmente quelle costruite nella zona di Vaglio di Basilicata e di Matera.

Sono in corso di sviluppo nuovi sistemi di aerogeneratori "da tetto", di basso costo (500 $) e bassa resa (40 kilowattora al mese) come quello di Chad Maglaque, che non necessita del costoso inverter e che dunque può essere collegato alla rete elettrica domestica, alimentando direttamente altri apparecchi elettrici a basso consumo.

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La sezione "minieolico e microeolico" proviene in parte o integralmente dalla relativa scheda del sito novambiente.it Archiviato il 9 dicembre 2010 in Internet Archive. rilasciata sotto licenza Creative Commons CC-BY-3.0

Inail, Linee di indirizzo per i parchi eolici [1]

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L' energia eolica è l'energia del vento e degli eventi atmosferici, cioè l' energia cinetica di una massa d'aria in movimento.

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Risorse globali di energia solare. I colori sulla mappa indicano la irradianza media che ha raggiunto la Terra, in un periodo di tre anni dal 1991 al 1993 (24 ore al giorno, tenendo conto anche della copertura nuvolosa indicata dai satelliti meteorologici). La scala è nell'unità standard SI: watt al metro quadrato. L'area necessaria per fornire l'energia equivalente alla richiesta primaria di energia attuale è indicata dai dischetti scuri.

Insolazione in Italia: si può confrontare con l'eliofania.

L' energia solare è l' energia associata alla radiazione solare e rappresenta la principale fonte di energia per la vita sulla Terra.

È la forma di energia normalmente utilizzata dagli organismi autotrofi, cioè quelli che eseguono la fotosintesi, comunemente indicati come "vegetali", e in maniera indiretta, anche da altri organismi viventi, che sfruttano invece l' energia chimica ricavata dagli stessi vegetali o da altri organismi che a loro volta si nutrono di vegetali.

Può essere utilizzata direttamente a scopo energetico per produrre calore o energia elettrica con varie tipologie di impianto. Sulla Terra il valore di tale energia (a livello locale o globale, giornaliera, mensile o annuale) si può calcolare come il prodotto tra l' insolazione media, l' eliofania nell'intervallo di tempo considerato e la superficie incidente considerata.

Da un punto di vista più generale, quasi tutte le fonti di energia utilizzate dall'uomo derivano in maniera indiretta dall'energia solare.

Il ciclo dell'acqua per l'energia idroelettrica si basa sull'evaporazione dell'acqua generata dall'energia solare. I venti su cui si basa l' energia eolica sono generati da differenze di temperatura, dipendenti dalla radiazione solare. Anche l'energia che si può estrarre dalle biomasse e dai combustibili fossili deriva dall'energia proveniente dalla radiazione solare. Le uniche forme di energia che non derivano indirettamente dal sole sono l' energia geotermica, che deriva dall'energia interna del nucleo terrestre, e l'energia delle maree, derivante dal movimento della luna intorno alla terra.

dove

e T è la temperatura assoluta (media) della superficie solare che è di circa 5780 K. Il calcolo fornisce il valore di per la potenza termica specifica emessa dal sole.

Dal punto di vista energetico si tratta di un' energia alternativa ai classici combustibili fossili, rinnovabile e, prescindendo dalle tecnologie di captazione e di conversione utilizzate, pulita ( energia verde) nonché una delle energie a sostegno della ipotizzata economia verde nella società moderna. Può essere opportunamente sfruttata attraverso diverse tecnologie e a diversi fini, anche se nelle versioni tecnologiche che non prevedono l'accumulo integrato, lo sfruttamento soffre di variabilità e intermittenza di produzione ovvero non piena programmabilità (dispacciabilità) a causa dei cicli giorno-notte e alla copertura nuvolosa.

Mediamente il Sole irradia alle soglie dell' atmosfera terrestre 1367 W/ m², nota come costante solare e distribuita secondo lo spettro solare. Tenendo conto che la Terra è approssimabile ad una sfera di raggio medio di 6371 km, ne viene che essa intercetta una sezione di oltre 127,5 milioni di km² della emissione solare, il cui prodotto per la costante solare corrisponde ad una potenza intercettata di 174300 TW. A seconda della stagione, per l'eccentricità dell'orbita terrestre, questa potenza intercettata varia tra 168500 TW e 180000 TW. Di questa valore, circa il 30% viene riflessa indietro o intercettata dall'atmosfera ed una parte finisce sugli oceani; ma la potenza restante potenzialmente catturabile sulla terraferma resta enorme, dell'ordine di svariate decine di migliaia TW di potenza (per poter fare un paragone, si tenga presente che la potenza media di una grande centrale elettrica si aggira attorno ad 1 GW, ove un TW vale mille di queste centrali).

L' irraggiamento solare medio o insolazione è, alle latitudini europee, come media annuale, corrispondente ad una energia tra 3 kWh al giorno a nord, a 5 kWh al giorno a sud. Se immaginiamo una fonte equivalente come quantità totale, ma a costante potenza, dividendo i valori per il numero di ore al giorno, otteniamo tra i 125 W/ m² ed i 210 W/m². Ovviamente questa misura serve solo per un calcolo di massima della potenzialità di una superficie di un territorio, ma la fonte reale è intermittente con picchi ciclici diurni che variano stagionalmente.

La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è quindi molto elevata, circa diecimila volte superiore a tutta l'energia usata dall'umanità nel suo complesso, ma poco concentrata, nel senso che è necessario raccogliere energia da aree molto vaste per averne quantità significative, e piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile con efficienze accettabili. Lo sviluppo di tecnologie che possano rendere economico l'uso dell'energia solare è un settore della ricerca molto attivo ma che, per il momento, non ha avuto ancora risultati rivoluzionari.

Fin dall'antichità il sole viene riconosciuto come la fonte della vita e venerato come divinità. Uno dei primi a sfruttare la sua energia fu Leonardo da Vinci che, già nel XVI secolo, disegnò uno specchio parabolico in grado di asciugare le stoffe; ma fu solo nel 1800 che l'energia solare venne usata per produrre elettricità. Il fisico Antoine César Becquerel, infatti, scoprì nel 1839 l' effetto fotoelettrico: la proprietà del platino di produrre energia elettrica se colpito dai raggi solari, che è alla base della tecnologia delle celle fotovoltaiche. Circa 30 anni dopo Willoughby Smith scoprì che il selenio esposto alla luce solare diventa più conduttivo elettricamente e fu Charles Fritts a sfruttare questa proprietà per creare le prime celle in selenio, che però erano in grado di trasformare in elettricità solo l'1% dell'energia solare. Verso la metà del 900 Chapin, Filler e Pearson svilupparono un nuovo prototipo di cella solare fotovoltaica a base di silicio, più funzionale di quella di Fritts, che divenne la fornitrice di energia dei satelliti dei progetti spaziali e successivamente entrò in commercio.

L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità ( fotovoltaico) o per generare calore ( solare termico). Sono tre le tecnologie principali per trasformare in energia sfruttabile l'energia del sole:

il pannello solare termico sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche, contenuto nel suo interno, che cede calore, tramite uno scambiatore di calore, all'acqua contenuta in un serbatoio di accumulo.

il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori per produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce.

il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici a struttura lineare per convogliare i raggi solari su un tubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore o una serie di specchi piani che concentrano i raggi all'estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di sali che per il calore fondono. In entrambi i casi "l'apparato ricevente" si riscalda a temperature molto elevate (400 °C ~ 600 °C) (solare termodinamico)

Pannello solare termico

I collettori termici possono essere a circolazione naturale o a circolazione forzata; i primi utilizzano del liquido contenuto nei pannelli per consentirne la circolazione all'interno del sistema pannello di calore. In questo caso il serbatoio di accumulo che contiene lo scambiatore di calore deve trovarsi più in alto del pannello.

I sistemi a circolazione forzata invece utilizzano una pompa che fa circolare il fluido all'interno di scambiatore e pannello quando la temperatura del fluido all'interno del pannello è più alta di quella all'interno del serbatoio di accumulo, che, in questo caso, si trova più in basso dei pannelli. Sistemi di questo tipo sono più complessi dal punto di vista dei controlli e delle apparecchiature impiegate (pompe, sensori di temperatura, valvole a tre vie, centraline di controllo), ma consentono di posizionare il serbatoio di accumulo, anche di grandi dimensioni, praticamente dove si vuole, ad esempio a terra e non sul tetto dove problemi di peso ne renderebbero difficile la collocazione.

Modulo fotovoltaico cristallino

I moduli solari fotovoltaici, usando apposite celle fotovoltaiche, convertono la luce solare direttamente in energia elettrica. Questi moduli sfruttano l'effetto fotoelettrico e hanno una efficienza di conversione che arriva fino al 32,5% nelle celle da laboratorio. In pratica, una volta ottenuti i pannelli dalle celle e una volta montati in sede, l'efficienza è in genere del 13-15% per pannelli in silicio cristallino e non raggiunge il 12% per pannelli in film sottile. I prodotti commerciali più efficienti, utilizzando celle a multipla giunzione o tecniche di posizionamento dei contatti elettrici sul retro della cella (backcontact) raggiungono il 19-20%. Questi pannelli, non avendo parti mobili o altro, necessitano di pochissima manutenzione: in sostanza vanno solo puliti periodicamente. La durata operativa stimata dei moduli fotovoltaici è di circa 30 anni. Il costo dei pannelli è diminuito moltissimo negli ultimi anni e al 2015 esso risulta inferiore a 1 euro/Wp.

Un ovvio problema di questo genere di impianto è che l'energia viene prodotta solo durante le ore di luce e quindi non in modo continuo. Va rilevato che tuttavia la produzione da solare è maggiore proprio nei momenti di maggior richiesta, cioè durante il giorno e nelle stagioni calde, durante le quali può sopperire all'aumento di consumi dovuto agli impianti di ventilazione e condizionamento. Eccessi produttivi rispetto alla domanda locale possono essere distribuiti tramite la rete anche a zone molto remote, utilizzati per pompare acqua in serbatoi montani (accumulo gravitazionale), per caricare accumulatori, per produrre idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua ecc.

Grazie a una legislazione che ha previsto incentivi economici all'installazione di impianti fotovoltaici e la possibilità di vendere l'energia prodotta al gestore della rete di trasmissione, l' Italia è al primo posto al mondo per la potenza elettrica prodotta da energia fotovoltaica: tale quantità rappresenta l'8,0% della produzione energetica italiana. Per quanto riguarda l'Italia, dal rapporto statistico GSE per l'anno 2019, risulta una produzione lorda di energia solare fotovoltaica pari a 2,036 Mtep, coprendo con l' 1,69% il consumo totale di energia (120,3 Mtep in progressivo calo da diversi anni) e questo nonostante la potenza efficiente lorda fotovoltaica installata abbia raggiunto un valore pari a 20865 MW (Energia da fonti rinnovabili - Rapporto statistico 2019).Il secondo paese al mondo risulta la Grecia (7,4%) seguita dalla Germania (7,1%). L'International Energy Agency calcola ogni anno i dati mondiali aggregati sulla produzione mondiale di energia fotovoltaica.

Analoghe iniziative, comunemente note come Conto Energia o Feed-in tariff, sono state intraprese da diversi stati europei ratificanti il Protocollo di Kyoto, tra cui anche l'Italia, mediante il Decreto Interministeriale 28/07/2005 pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 181 del 05/08/2005 e successivi aggiornamenti, comunemente noto come Decreto Conto Energia. Grazie a questa legislazione l'Italia in pochi anni ha superato i 17.000 MWp allacciati in rete, un valore di poco inferiore a quello degli Usa.

Gli specchi concentrano la luce sul tubo centrale termovettore

Il pannello solare a concentrazione concentra i raggi solari su un opportuno ricevitore; attualmente il tipo più usato è quello a specchi parabolici a struttura lineare che consente un orientamento monodimensionale, più economico, verso il sole, e l'utilizzo di un tubo ricevitore in cui è fatto scorrere un fluido termovettore per il successivo accumulo di energia in appositi serbatoi. Il vettore classico è costituito da oli minerali in grado di sopportare alte temperature.

Nel 2001 l' ENEA ha avviato lo sviluppo del progetto Archimede, volto all'utilizzo di sali fusi anche negli impianti a specchi parabolici a struttura lineare. Essendo necessaria una temperatura molto più alta di quella consentita dagli oli, si è provveduto a progettare e realizzare tubi ricevitori in grado di sopportare temperature maggiori di 600 °C (contro quelle di 400 °C massimi dei tubi in commercio), ricoperti di un doppio strato CERMET (ceramica/metallo) depositato con procedimento di sputtering sughetto. A tutt'oggi l'impianto termodinamico solare (progetto Archimede) è fuori uso e lo stesso progetto è stato abbandonato per scarsa produzione e problemi tecnici vari.

I sali fusi vengono accumulati in un grande serbatoio coibentato alla temperatura di 550 °C. A tale temperatura è possibile immagazzinare energia per 1 kWh equivalente con appena 5 litri di sali fusi. Da tale serbatoio, i sali (un comune fertilizzante per agricoltura costituito da un 60% di nitrato di sodio (NaNO3) e un 40% di nitrato di potassio (KNO3)) vengono estratti e utilizzati per produrre vapore surriscaldato. I sali utilizzati vengono accumulati in un secondo serbatoio a temperatura più bassa (290 °C). Ciò consente la generazione di vapore in modo svincolato dalla captazione dell'energia solare (di notte o con scarsa insolazione). L'impianto, lavorando a una temperatura di regime di 550 °C, consente la produzione di vapore alla stessa temperatura e pressione di quello utilizzato nelle centrali elettriche a coproduzione (turbina a gas e riutilizzo dei gas di scarico per produrre vapore), consentendo consistenti riduzioni di costi e sinergie con le stesse. Attualmente è stato realizzato un impianto con tali caratteristiche in Spagna e un impianto dimostrativo, su scala industriale, presso la centrale termoelettrica Enel ubicata a Priolo Gargallo ( Siracusa).

Schema di una torre solare

La torre solare è un impianto che sfrutta insieme l'energia solare ed eolica. Dispone alla base di un collettore, che, come una serra, accumula il calore fornito dai raggi del Sole. Questo collettore, però, è collegato ad una torre in cui, con la differenza di temperatura tra la base e la sommità, si viene a creare una corrente di aria calda che tende a salire, sfruttata per far muovere delle turbine e produrre elettricità.

Pannelli solari della Stazione spaziale internazionale

Sion (veicolo elettrico)

Attualmente i pannelli solari vengono utilizzati per fornire acqua calda ( solare termico) e riscaldamento ad abitazioni e piccoli complessi edilizi. Sono state realizzate centrali solari che, utilizzando turbine, convertono il calore immagazzinato in energia elettrica ( solare termodinamico) ma questi prototipi non hanno trovato larga applicazione per la bassa resa di queste centrali rapportate con gli alti costi di gestione e con la discontinuità della fornitura elettrica.

I pannelli fotovoltaici vengono utilizzati in impianti isolati per alimentare dispositivi distanti dalle reti elettriche ( sonde spaziali, ripetitori telefonici in alta montagna, ecc) o con richieste energetiche talmente ridotte che un allacciamento alla rete elettrica risulterebbe antieconomico (segnaletica stradale luminosa, parchimetri, ecc) e sconveniente dal punto di vista organizzativo. Ovviamente questi dispositivi devono essere dotati di accumulatori in grado di accumulare la corrente elettrica prodotta in eccesso durante la giornata per alimentare le apparecchiature durante le ore notturne e durante i periodi nuvolosi.

Vengono utilizzati anche in grandi impianti connessi in rete, sebbene la quantità d'energia erogata risulti variabile sia in ambito giornaliero che stagionale e quindi difficilmente prevedibile nonché non programmabile; tale discontinuità rende difficile soddisfare in ogni momento la domanda di corrente, a meno di una produzione con un largo margine di sicurezza al di sopra dei picchi annuali di domanda. Tuttavia, essendo però il picco di produzione degli impianti ad energia solare in estate esso riesce a controbilanciare la maggiore domanda domestica dovuta ai condizionatori.

L'installazione di pannelli fotovoltaici ha avuto il suo massimo sviluppo in Germania, grazie ad una legislazione favorevole per la quale chi produce energia in eccesso la rivende al fornitore elettrico, che l'acquista allo stesso prezzo per kWh. In pratica il cittadino paga in bolletta la differenza fra quanto consuma e quanto eroga all'ente elettrico. Se il saldo è positivo ottiene un accredito. Analoga legislazione è stata introdotta anche in Italia: il 19 settembre 2005 è entrato in vigore il cosiddetto "conto energia", DL 387/2003 (che recepisce la direttiva europea 2001/77/CE), giunto nel 2012 alla sua quinta riedizione.

Nel 2011 il solare ha fornito il 3,2% dell'energia elettrica prodotta in Italia (il 3% circa in Germania) e pertanto tale è da considerarsi non più trascurabile. Questo valore è salito all'8,0% nel 2013.

L'8 aprile 2010 è decollato in Svizzera il Solar-Impulse HB-SIA, il primo aereo ad energia solare.

Il tetto, il cofano e gran parte della carrozzeria del Sion sono coperti di celle in silicio monocristallino ad alta efficienza (soprattutto efficienti in condizioni di luce diffusa, dovrebbero comunque raggiungere il 100% della loro capacità potenziale con angoli di incidenza della luce fino a 70°), protette da uno strato di policarbonato.

Nel 2017 Regione Emilia Romagna tramite fondi Europei POR FESR ha finanziato un progetto che ha portato alla costruzione di un veicolo a propulsione elettrica, Emilia 4, prodotto da Onda Solare, che è riuscito a compiere più di 2780 Km, vincendo l'American Solar Challenge 2018, avvalendosi esclusivamente di energia fotovoltaica catturata da un pannello da 1,1 kW.

Energia fotovoltaica - Una delle questioni che riguardano un possibile utilizzo su vasta scala dell'energia fotovoltaica è relativa alla produzione di grandi quantità di moduli fotovoltaici, che comporterebbe la necessità di reperire quantità rilevanti di materie prime minerali per effetto della ridotta densità energetica di tale tecnologia e il dover lavorare, in fase di fabbricazione, anche grossi quantitativi di sostanze tossiche.

Le principali critiche all'utilizzo di energia solare sono imputabili ai costi, all'efficienza e alla caratteristica intrinseca di intermittenza o non programmabilità di tale fonte energetica rispetto alle fonti energetiche convenzionali in quanto risente direttamente della copertura nuvolosa e della completa assenza durante la notte. Inoltre, per produrre i pannelli fotovoltaici occorre una grande quantità di energia, generata utilizzando spesso fonti non rinnovabili come il carbone, ed è stato calcolato che il settore del fotovoltaico inizierà a produrre più energia di quella consumata solo a partire dal 2015.

I sostenitori dell'energia solare sostengono invece un ridimensionamento dei costi ed un aumento dell'efficienza nel futuro prossimo in virtù delle economie di scala e del miglioramento tecnologico dei futuri sistemi solari. Riguardo l'assenza di tale fonte energetica durante la notte fanno altresì notare che il picco massimo di consumo elettrico si raggiunge in realtà durante il giorno, cioè proprio durante il massimo di produzione di energia da solare, in virtù dell'utilizzo di energia elettrica da parte dei processi produttivi industriali e quindi il problema sarebbe meno gravoso e risolvibile tramite ricorso alla tecnologia del solare termodinamico e/o all'integrazione delle fonti energetiche rinnovabili.

Rappresentazione ipotetica di una centrale solare orbitale

Attualmente la maggior parte degli studi si concentra su nuove generazioni di celle fotovoltaiche dotate di una maggior efficienza di quelle attuali o su celle fotovoltaiche dotate di un'efficienza simile a quella delle celle attuali ma molto più economiche.

Studi più ambiziosi puntano alla realizzazione di centrali solari orbitanti. Queste centrali dovrebbero raccogliere i raggi solari direttamente nello spazio e trasmettere la potenza assorbita sulla Terra per mezzo di microonde o raggi laser.

Sono in fase di sperimentazione prototipi di sistemi di cogenerazione fotovoltaica in cui si realizza la produzione simultanea di energia elettrica e termica.

Dati sull'energia solare nel mondo

Anno 2018: dai dati statistici di TERNA risulta una produzione di energia elettrica fotovoltaica pari a 589,196 TWh su un totale di energia elettrica prodotta pari a 26617,3 TWh (contributo del 2,21% sul consumo di energia elettrica a livello mondiale) con una potenza installata pari a 462,462 GW.

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Nazione

2021

25

Svizzera

3.449

Fonte:http://data.un.org/Data.aspx?d=EDATA&f=cmID%3aES

Fonte:http://data.un.org/Data.aspx?d=EDATA&f=cmID%3aES

() Eero Vartiainen, Christian Breyer, David Moser, Eduardo Román Medina, Chiara Busto, Gaëtan Masson, Elina Bosch e Arnulf Jäger-Waldau, True Cost of Solar Hydrogen , in Solar RRL, 7 settembre 2021, ISSN 2367-198X.

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L' energia solare è l' energia associata alla radiazione solare e rappresenta la principale fonte di energia per la vita sulla Terra. È la forma di energia normalmente utilizzata dagli organismi autotrofi, cioè quelli che eseguono la fotosintesi, comunemente indicati come "vegetali", e in maniera indiretta, anche da altri organismi viventi, che sfruttano invece l' energia chimica ricavata dagli stessi vegetali o da altri organismi che a loro volta si nutrono di vegetali.