Geotermico, eolico, biomasse o bioenergie, fotovoltaico, solare termico idroelettrico: le tecnologie per produrre energia elettrica e termica in modo sostenibile

L’edilizia è sempre più attenta alla ‘questione ambientale’ e, di conseguenza, la progettazione e la realizzazione di edifici-impianti è orientata a fonti di energia e tecniche che possano ridurre l’impatto ambientale, come il ricorso ad impianti che sfruttino l’energia rinnovabile.

L’Unione Europea prima e i vari stati membri, di conseguenza, si stanno muovendo sempre più verso una reale ed efficace attuazione di piani e misure volti ad incentivare l’uso delle rinnovabili per il risparmio energetico di tutta l’Europa.

A titolo esemplificativo si cita il recente piano REPowerEU, annunciato lo scorso 18 maggio dalla Presidente della Commissione europea, Ursula von der Leyen, che prevede l’obbligo di copertura solare per gli edifici commerciali e pubblici a partire dal 2025 e per i nuovi edifici residenziali a partire dal 2029 e l’accelerazione degli iter autorizzativi per le rinnovabili.

L’Italia per velocizzare la transizione ecologica e la decarbonizzazione dell’economia sta lavorando ai nuovi decreti Fer 1 e Fer 2 per lo sviluppo delle fonti di energia rinnovabile.

Sempre su questo fronte, il nostro Paese sta legiferando proprio in questi giorni per estendere le aree idonee alla installazione di impianti di produzione di energia da fonti rinnovabili e per velocizzare le procedure autorizzative.

Le energie rinnovabili sono così preziose perché ricavate da risorse naturali e inesauribili e hanno la capacità di auto-rigenerarsi in continuazione.

Le energie rinnovabili sono:
– energia solare;
– energia eolica;
– energia geotermica;
– energia idroelettrica;
– energia da biomassa.

Attraverso la tecnologia l’energia che deriva dalle fonti rinnovabili può essere trasformata e destinata alla produzione di energia elettrica o energia termica.

Rientrano tra le soluzioni rinnovabili per la produzione di energia elettrica:
– il geotermico;
– l’eolico;
– le biomasse o bioenergie;
– il fotovoltaico;
– l’idroelettrico.

Rientrano tra le soluzioni rinnovabili nel settore del riscaldamento e del raffrescamento:
– le pompe di calore;
– le biomasse o bioenergie;
– il geotermico;
– il solare termico.

Energie rinnovabili: il fotovoltaico

La tecnologia fotovoltaica permette la produzione di energia trasformando le radiazioni solari in elettricità direttamente e senza l’utilizzo di alcun combustibile.

Gli impianti fotovoltaici possono essere isolati (stand-alone), ovvero non collegati alla rete elettrica e perciò dotati di un sistema di batterie che può garantire l’erogazione di corrente anche nelle ore di assenza di luce, oppure collegati alla rete (grid-connected), cioè impianti stabilmente collegati alla rete elettrica nazionale che non hanno bisogno di sistemi di batterie in quanto la rete può sopperire alle mancanze del sistema. In più in questa soluzione l’eventuale surplus di energia prodotta dal sistema fotovoltaico viene trasferito alla rete e contabilizzato.

Un impianto fotovoltaico è costituito da un generatore (il cui componente elementare è la cella), da un sistema di condizionamento e controllo della potenza (inverter), da un sistema di monitoraggio dell’impianto e dall’eventuale sistema di accumulo dell’energia. Quando i pannelli sono installati sull’edificio necessitano di strutture di sostegno ma esistono anche pannelli fotovoltaici integrati nelle coperture.

La ricerca sul fotovoltaico sta cercando soluzioni che potenziano la sua resa, altro obiettivo è quello di rendere la tecnologia ancora più sostenibile per quanto riguarda lo smaltimento dei componenti a fine vita.

La ricerca risponde a queste sfide sperimentando e trovando soluzioni come il biofotovoltaico: una soluzione che, ripercorrendo il processo della fotosintesi, potrebbe produrre energia illimitata e a zero emissioni.

Energie rinnovabili: il solare termico

Gli impianti solari termici sono costituiti da pannelli che producono acqua calda sfruttando l’energia del sole; la radiazione solare riscalda un liquido che circola all’interno dei pannelli che poi trasferisce il calore assorbito a un serbatoio di accumulo d’acqua.

Un impianto solare termico è generalmente costituito dal pannello e dal serbatoio di accumulo dell’acqua; la circolazione del fluido termoconvettore tra il pannello e il serbatoio può avvenire naturalmente o forzatamente per mezzo di una pompa elettrica. In entrambi i casi gli impianti producono acqua calda che può essere utilizzata direttamente o che può essere inviata ad una caldaia.

Energie rinnovabili: l’eolico

L’energia eolica è quella posseduta dal vento e viene utilizzata per produrre energia elettrica attraverso aereogeneratori che basano il loro funzionamento su pale spinte dal vento.

Per le abitazioni e gli edifici in genere si può ricorrere ad impianti minieolici, con potenze da 1 a 20 kW che possono essere allacciati alla rete elettrica usufruendo dello scambio di energia sul posto.

Energie rinnovabili: geotermico

Un impianto di geotermia domestica è composto da tre elementi principali:
– i sensori o sonde geotermiche: sono delle semplici tubature inserite nel terreno con il compito di assorbire il calore del sottosuolo. Affinché lo scambio di calore con il terreno sia più efficace, sono riempite di un fluido detto “termovettore”, ad elevata conducibilità termica;

– la pompa di calore, o termopompa: è il “cuore” del sistema ed è un generatore che utilizza il calore estratto dalle sonde per renderlo sfruttabile dall’impianto di distribuzione;

-il sistema interno di distribuzione del calore: è il normale impianto di distribuzione del riscaldamento presente in tutte le abitazioni. Tuttavia, perché il sistema possa sfruttare al massimo l’energia geotermica, riducendo al minimo gli apporti di energia elettrica dall’esterno, è consigliabile che sia del tipo a bassa temperatura (35° C), per esempio, a pannelli radianti, invece dei normali termosifoni, che utilizzano acqua ad alta temperatura (60- 70°C).

Energie rinnovabili: l’idroelettrico

Tra le fonti rinnovabili, l’energia idroelettrica costituisce a livello nazionale la principale energia alternativa ai combustibili fossili, producendo oltre il 40% delle energie rinnovabili necessarie al Paese.

L’energia idroelettrica, detta anche energia idraulica, è l’energia che sfrutta grandi masse d’acqua movimentate dalla gravità o convogliate in dighe, chiuse, canali e ponti. L’acqua in caduta o in movimento produce energia cinetica, la quale a sua volta viene trasformata in energia elettrica grazie ad appositi impianti muniti di turbine e alternatore.

Energie rinnovabili: le biomasse o bioenergie

Per biomasse si intendono tutte quelle sostanze di origine biologica, vegetale o animale, che non hanno subito processi di fossilizzazione e che vengono utilizzati come combustibili alternativi al posto di quelli fossili per la produzione di energia termica.

Esistono in commercio numerose tipologie di generatore di calore che si distinguono in funzione del tipo di combustibile impiegato (legna ecologicapelletscippato di legnabricchette, trucioli sansa di olive e nocciolino) e in base alle funzioni svolte.

Caminettitermocaministufetermostufe e caldaie possono essere utilizzati per il riscaldamento ariariscaldamento acqua e/o produzione di acqua calda sanitaria.

Con le biomasse si possono alimentare apparecchi termici a partire da pochi KW, adatti specialmente per uso domestico, fino ad arrivare agli impianti di potenze superiore al MW adatti per le grandi utenze ed il teleriscaldamento. Oggi, tutti questi sistemi hanno un alto grado di innovazione tecnologica e di automazione nel controllo della combustione e della rimozione delle ceneri.