Il principio di funzionamento delle centrali solari. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La radiazione solare è una fonte di energia ecologica e rinnovabile. Le riserve di energia solare sono enormi, la quantità annuale di energia che entra nella Terra è di 1,05 * 1018 kWh, di cui 2 * 1017 kWh cadono sulla superficie terrestre. Di questa quantità di energia, 1,62 * 1016 kWh all'anno possono essere utilizzati senza danni all'ambiente, il che equivale a bruciare 2 * 1012 tonnellate di carburante di riferimento (tep) all'anno. Quest'ultimo dato è 60 volte superiore alla previsione per la produzione 2020 di tutte le tipologie di risorse energetiche del pianeta (34,2 miliardi di tep).

Tuttavia, l'utilizzo di questa energia per la produzione di energia elettrica su larga scala è associato a grandi difficoltà, le principali delle quali sono la bassa densità della radiazione solare sulla superficie terrestre e la natura intermittente della sua ricezione (ore notturne, nuvolosità, giornate nuvolose). I modi noti per superare questi ostacoli sono la creazione di accumulatori di energia e sistemi combinati di energia solare-combustibile o solare-nucleare, nonché l'uso di dispositivi di concentrazione dell'energia solare che ne aumentano la densità. Purtroppo queste soluzioni non sono state largamente utilizzate, soprattutto nei paesi situati ad alte latitudini, a causa della loro scarsa competitività con le centrali elettriche tradizionali.

Si potrebbero ottenere risultati completamente diversi abbandonando le centrali solari a terra e collocandole in un'orbita geostazionaria.

L'idea di una centrale elettrica spaziale solare (SCES) è stata formulata per la prima volta negli Stati Uniti da P.E. Glaser (RE Glaser) nel 1968. È stato proposto di collocare pannelli solari ad alta potenza in orbita geostazionaria, dotati di convertitori di radiazione elettromagnetica da CC a microonde (MW). La scelta di un'orbita geostazionaria (circa 36 km) come posizione della SCES garantisce alla stazione di librarsi su un certo punto della superficie terrestre e l'uso di un raggio di radiazione elettromagnetica diretto consente il trasferimento di energia dalla stazione alla Terra , dove può essere convertito in corrente elettrica a frequenza industriale. Il piano dell'orbita geostazionaria è stato scelto in modo da coincidere con il piano equatoriale.

La Terra è inclinata, come è noto, a 23,50 rispetto al piano dell'eclittica (Fig. 1), che fornisce un'illuminazione dei pannelli solari quasi tutto l'anno. L'ombreggiamento delle batterie dall'ombra della Terra si osserva nei punti degli equinozi di primavera e autunno e non supera un totale di 1,2 ore.

Considerando anche che la densità della radiazione solare in orbita geostazionaria è di 1,4 kW/m2, ovvero 2-2,5 volte superiore alla media sulla Terra, i vantaggi di SCES rispetto alle stazioni di terra diventano evidenti.

Naturalmente, non meno evidenti sono le difficoltà, principalmente economiche, associate alla realizzazione di questo progetto. Tuttavia, un noto incentivo per lo sviluppo del lavoro in questa correzione, oltre a creare una fonte di energia rinnovabile, è la soluzione al problema di preservare l'ambiente dal sempre crescente inquinamento termico del pianeta da parte dei rifiuti termici di civiltà industriale. I tentativi dei singoli paesi di proteggersi dall'influenza dannosa della propria industria, portandola al di fuori del territorio nazionale, non sono già oggi in grado di risolvere questo problema globale, e la costruzione di fabbriche in orbite vicine alla Terra proposta dagli scrittori di fantascienza lo fa non sembra essere un futuro lontano.

Non sorprende, quindi, che dalla fine degli anni '60 sia iniziato un intenso studio teorico e sperimentale di varie opzioni per potenti stazioni solari in orbita geostazionaria e singoli elementi del loro progetto.

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