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Storia di come siamo diventati amici del sole
Fin dall’antichità, il sole è stato considerato fonte e simbolo di vita, probabilmente anche sulla base di un concetto ancora più antico che vedeva contrapposti luce e tenebra, insicurezza e fermezza, pericolo e pieno controllo, nei tempi in cui i nostri lontanissimi antenati vivevano ancora senza saper sfruttare a proprio vantaggio il fuoco. Il sole, e quindi con esso la luce e l’energia che ne derivano, è stato riconosciuto nei millenni come parte fondamentale di innumerevoli processi basilari per la vita sulla Terra. Il progresso della scienza e della tecnica ha lentamente reso possibile la trasformazione della volontà di sfruttare maggiormente il sole in una possibilità concreta, testimoniata già da alcune raffigurazioni risalenti all’800 a.C. che sembrano indicare che la fiamma olimpica venisse accesa sfruttando la convergenza dei raggi solari tramite l’utilizzo di una lente. In molti sanno poi che, da quanto riportano le cronache dell’epoca, Archimede riuscì a liberare Siracusa dall’assedio durante la seconda guerra punica incendiando le navi nemiche tramite un sistema di specchi che riuscì a concentrare su di esse i raggi del sole. Un sistema simile fu poi ideato anche dal grande Leonardo da Vinci nel XVI secolo, questa volta non per scopi bellici, ma per asciugare rapidamente le stoffe poste davanti ad uno specchio parabolico.
Dal riflesso alla cattura
Per trovare un’applicazione pratica diversa bisogna aspettare ancora qualche secolo – più precisamente fino al 1767 – quando lo svizzero Horace de Saussurre inventò quello che è a tutti gli effetti il primo collettore solare della storia. Lo scienziato (e alpinista) riuscì infatti a portare a ebollizione dell’acqua, utilizzando esclusivamente l’energia solare, in una pentola di legno rivestita di sughero nero e da tre strati di vetro. Si passava di fatto da un’epoca di invenzioni che puntavano essenzialmente alla riflessione e alla rifrazione della luce solare, ad un nuovo orizzonte caratterizzato da una tecnologia che permettesse invece di catturarla e sfruttarne il potenziale. Nel 1839 il fisico francese Edmond Becquerel scoprì il fenomeno fotoelettrico, ancora oggi alla base del funzionamento delle celle fotovoltaiche, quando notò che alcune barrette di platino producevano una piccola quantità di corrente elettrica se colpite dalla luce proveniente dalla nostra stella. La storia dell’energia solare conobbe poi un decennio di grande slancio a partire dal 1873, quando Willoughby Smith, sulla falsariga di Becquerel, notò un aumento della conduttività elettrica del selenio esposto alla luce solare; con questo materiale e una pellicola d’oro Charles Fritts realizzò solo sei anni più tardi la prima cella fotovoltaica della storia. Da questo momento ebbe inizio la produzione dei pannelli fotovoltaici – il primo fu installato su un tetto di New York nel 1884 – che però subì ben presto una battuta di arresto a causa dello scarsissimo rendimento: appena l’1% dell’energia solare incidente sul pannello poteva infatti essere convertita in energia elettrica. La strada era comunque quella buona, e ci volle un genio del calibro di Albert Einstein per riportare alla ribalta le concrete possibilità di sfruttamento dei fenomeni fotoelettrici. Egli infatti elaborò la legge dell’effetto fotoelettrico, grazie alla quale otterrà il Premio Nobel per la Fisica nel 1921, spiegando l’interazione tra luce ed elettricità: basandosi sulla presenza di fotoni nella luce, evidenziò come questi fossero in grado di mettere in movimento gli elettroni di alcuni materiali – tra cui, appunto, il selenio – e quindi generare corrente elettrica all’interno degli stessi.
L’epoca del silicio
Bisognerà aspettare fino alla seconda metà del XX secolo per avere uno sviluppo nell’impiego dei materiali fotoelettrici: nel 1954 infatti Daryl Chapin, Calvin Fuller e Gerald Person realizzano la prima cella fotovoltaica in silicio e riescono ad alimentare alcuni apparecchi impiegando l’energia elettrica prodotta. Da questo momento in poi, si apre un nuovo corso per lo sfruttamento dell’energia solare, che diviene presto una risorsa indispensabile, tra l’altro, per l’esplorazione dello spazio: nel 1958 il Vanguard I – realizzato dalla Marina Militare degli Stati Uniti d’America, che detiene tuttora il primato di più antico oggetto in orbita creato dall’uomo – è il primo satellite alimentato ad energia solare e impiegherà, durante i 2200 giorni della sua missione, l’energia elettrica generata da celle al silicio per trasmettere informazioni alla Terra. Durante gli anni Sessanta inizia la commercializzazione dei pannelli fotovoltaici, ma il prezzo rimane eccessivamente alto finché Elliot Berman non riuscirà a progettare una cella al silicio dai costi di produzione nettamente più contenuti, che verrà impiegata inizialmente per alimentare soprattutto luci di emergenza, fari e passaggi a livello. Una serie di innovazioni, esperimenti ben riusciti e questioni economiche legate soprattutto ai combustibili fossili apriranno la strada all’impiego sempre più diffuso dei pannelli fotovoltaici, sia in ambito privato che pubblico, dal residenziale all’industria e così via.
Gli anni dei parchi solari
Negli ultimi venti anni anche gli stati e alcuni colossi energetici del mondo hanno investito quantità enormi di denaro nel campo del fotovoltaico. Come per molte altre sfide del passato, anche in questo caso è nata una sorta di competizione per la realizzazione di impianti sempre più grandi, che ha coinvolto alcuni paesi del mondo in particolare. Il leader attuale nella produzione mondiale di energia elettrica da fotovoltaico è la Cina, ma è l’India a vantare ben 7 impianti tra i 20 più grandi al mondo, nonché il più grande in assoluto: si tratta del Bhadla Solar Park, terminato nel 2020, che copre un’area complessiva di 5,700 ettari (57 milioni di metri quadrati, pari ad un quadrato di 7.55 km di lato) e può produrre ben 2245 MW (Megawatt, ovvero milioni di watt) di energia elettrica. Segue la Cina, con 4 impianti tra i 20 più grandi al mondo, tra cui spicca dietro al colosso indiano il Huanghe Hydropower Hainan Solar Park, anch’esso terminato nel 2020 e con una produzione massima garantita di 2200 MW. Il terzo posto è ancora dell’India, che termina la breve lista di impianti da più di 2 GW con il Pavagada Solar Park (2050 MW). Dopo questi tre impianti, solo altri 6 in tutto il mondo possono vantare una produzione pari o superiore ad 1 GW: uno in Egitto, uno in India, due in Cina e altrettanti negli Emirati Arabi Uniti. Per fare un paragone, l’impianto fotovoltaico più grande d’Italia si trova in Puglia, nei pressi di Foggia: con i suoi 275mila moduli solari riesce a produrre “appena” 103 MW, superando il precedente primatista italiano di Montalto di Castro (Viterbo, 84 MW). La capacità fotovoltaica italiana nel 2019 è arrivata a oltre 20 GW (miliardi di watt), con una produzione annua di quasi 24,000 GWh: per dare un’idea, Terna – l’operatore che gestisce le reti per la trasmissione dell’energia elettrica nel nostro paese – stimava nello stesso anno il fabbisogno di energia elettrica dell’Italia pari a 319,000 GWh, coperta quindi per circa il 7.5% dagli impianti fotovoltaici presenti sul territorio nazionale. La sfida mondiale è comunque destinata a continuare ancora per un po’, alimentata da voci che parlano di nuovi parchi solari in fase di progettazione in grado di produrre anche fino a 10 GW di energia elettrica (probabile un’installazione di queste dimensioni in Australia entro i prossimi 5 anni).
FONTI
Collegato alla rete pugliese il più grande parco fotovoltaico d’Italia. (2020). Rinnovabili.it. Retrieved May 26, 2021, from https://www.rinnovabili.it/energia/fotovoltaico/parco-fotovoltaico-grande-italia/
Fotovoltaico in Italia, oltre 880mila impianti e 21 GW di capacità. (2020). Rinnovabili.it. Retrieved May 26, 2021, from https://www.rinnovabili.it/energia/fotovoltaico/fotovoltaico-in-italia-produzione/
Enel Green Power S.p.A. (2021). Energia solare: cos’è, la storia e i vantaggi. Learning hub: energie rinnovabili. Retrieved May 24, 2021, from https://www.enelgreenpower.com/it/learning-hub/energie-rinnovabili/energia-solare
La centrale fotovoltaica più grande al mondo? Sarà australiana ma rifornirà Singapore. (2020). Rinnovabili.it. Retrieved May 27, 2021, from https://www.rinnovabili.it/energia/fotovoltaico/centrale-fotovoltaica-più-grande-del-mondo/
List of photovoltaic power station. (2021). In Wikipedia. Retrieved May 26, 2021, from https://en.m.wikipedia.org/wiki/List_of_photovoltaic_power_stations
Terna S.p.A. (2020). Lo storico dei dati statistici sull’energia elettrica e l’ultimo bilancio elettrico. Pubblicazioni statistiche. Retrieved May 26, 2021, from https://www.terna.it/it/sistema-elettrico/statistiche/pubblicazioni-statstiche
Credits: Photo by Andreas Gücklhorn on Unsplash
Offingen, Germania
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