I Collettori Lineari Fresnel (CLFR) rappresentano una tecnologia CSP (Concentrated Solar Power) che utilizza una serie di specchi piani o leggermente curvi disposti in file per concentrare la luce solare su un ricevitore lineare posto sopra di essi. Questa tecnologia offre un approccio più compatto e potenzialmente meno costoso rispetto ai collettori parabolici lineari convenzionali.

Componenti Chiave:

• Specchi/Riflettori: Una serie di specchi piani o leggermente curvi, disposti in file parallele, riflettono la luce solare verso il ricevitore. Questi specchi sono montati su un sistema di inseguimento solare monoassiale.

• Ricevitore: Un tubo ricevitore lineare, posto a una certa altezza sopra gli specchi, assorbe la radiazione solare concentrata. All'interno del ricevitore scorre un fluido termovettore (tipicamente acqua, vapore o olio diatermico) che viene riscaldato.

• Sistema di Inseguimento Solare: Un sistema di inseguimento solare monoassiale (che segue il sole lungo un solo asse, tipicamente da est a ovest) orienta gli specchi per massimizzare la quantità di luce solare riflessa sul ricevitore durante il giorno.

• Struttura di Supporto: La struttura che supporta gli specchi e il ricevitore, garantendone la stabilità e il corretto posizionamento.

Funzionamento

La luce solare incidente sugli specchi viene riflessa e concentrata sul ricevitore lineare. L'elevata concentrazione di energia solare riscalda il fluido termovettore che scorre all'interno del tubo ricevitore. Questo fluido caldo può essere utilizzato direttamente per processi industriali (calore di processo), per la produzione di vapore che alimenta turbine per la generazione di elettricità, o per applicazioni di teleriscaldamento.

Efficienza:

L'efficienza dei CLFR varia a seconda di diversi fattori, tra cui la precisione degli specchi, l'efficienza del ricevitore, le condizioni ambientali e l'efficienza del sistema di conversione dell'energia (se presente). L'efficienza ottica tipica si attesta tra il 50% e il 60%, mentre l'efficienza di conversione da energia solare concentrata in energia termica si aggira tra il 15% e il 25%, inferiore rispetto ai collettori parabolici lineari (che possono superare il 30%) ma con un costo potenzialmente inferiore. È importante notare che questi valori si riferiscono alla conversione dell'energia solare concentrata in energia termica e non all'efficienza complessiva del sistema, che può essere inferiore a causa di perdite nel sistema di conversione in elettricità o nelle reti di distribuzione del calore.

Costi:

I CLFR offrono un potenziale vantaggio in termini di costi rispetto ai collettori parabolici lineari, principalmente grazie all'utilizzo di specchi piani o leggermente curvi e a una struttura più semplice. Questo si traduce in minori costi di produzione, installazione e manutenzione. Tuttavia, il costo per unità di energia prodotta (€/kWh) dipende da diversi fattori, come l'irraggiamento solare della zona, le dimensioni dell'impianto e il costo del combustibile convenzionale che viene sostituito. In generale, i CLFR diventano economicamente competitivi in applicazioni di calore di processo industriale e teleriscaldamento, dove la temperatura richiesta è inferiore e i costi di trasporto del calore sono ridotti.

Vantaggi:

• Costi Potenzialmente Inferiori: L'utilizzo di specchi piani o leggermente curvi e una struttura più semplice può ridurre i costi di produzione e installazione rispetto ai collettori parabolici lineari.

• Design Compatto: I CLFR richiedono meno spazio rispetto ad altre tecnologie CSP, rendendoli adatti anche a terreni meno estesi o con particolari vincoli.

• Minore Impatto del Vento: La configurazione degli specchi, più vicini al suolo, li rende meno suscettibili ai danni del vento rispetto ai collettori parabolici lineari.

Svantaggi:

• Efficienza Ottica Inferiore: La concentrazione della luce solare sul ricevitore è meno precisa rispetto ai collettori parabolici lineari, con conseguente minore efficienza ottica.

• Perdite Ottiche: Le perdite ottiche dovute all'ombreggiamento tra gli specchi e alla riflessione non perfetta possono influenzare negativamente l'efficienza complessiva.

• Temperature Operative Limitate: Le temperature raggiungibili con i CLFR sono generalmente inferiori rispetto ad altre tecnologie CSP, limitandone l'applicazione ad alcuni processi industriali o cicli termodinamici.

Innovazioni:

• Ottimizzazione del design degli specchi e del ricevitore: Per migliorare la concentrazione della luce e ridurre le perdite termiche, con l'utilizzo di specchi a concentrazione più elevata e ricevitori più efficienti.

• Sviluppo di nuovi materiali riflettenti: Per aumentare la riflettività degli specchi e la durata nel tempo.

• Sistemi di inseguimento solare più precisi ed economici: Per massimizzare la captazione dell'energia solare.

• Integrazione con sistemi di raffreddamento ibrido: Per aumentare l'efficienza complessiva del sistema, soprattutto in climi caldi e secchi.

• Utilizzo di nanofluidi: Per migliorare il trasferimento di calore nel ricevitore e aumentare l'efficienza termica.

Applicazioni:

• Calore di processo industriale: Fornitura di calore per processi industriali a media temperatura (es. produzione di vapore per l'industria alimentare, tessile, chimica).

• Teleriscaldamento: Fornitura di acqua calda per sistemi di riscaldamento centralizzato di edifici o quartieri.

• Produzione di energia elettrica: In combinazione con cicli termodinamici (es. ciclo Rankine organico ORC) per la generazione di elettricità.

Esempi di Impianti:

Oltre a Soltigua e Novatec Solar, che hanno realizzato diversi impianti CLFR, si possono citare:

• L'impianto di Kimberlina Solar Thermal Power Plant in California (USA): Sebbene non sia un CLFR puro, utilizza una tecnologia simile con specchi piani per preriscaldare l'acqua in un impianto a ciclo combinato gas-solare.

• Impianti realizzati da Industrial Solar GmbH: Questa azienda tedesca ha costruito diversi impianti CLFR per applicazioni di calore di processo industriale in diversi settori.

Integrazione con l'Accumulo Termico:

L'integrazione con sistemi di accumulo termico è fondamentale per superare la discontinuità della radiazione solare e garantire una fornitura di energia più stabile e continua. Le tecnologie di accumulo più utilizzate con i CLFR includono:

• Serbatoi di accumulo termico ad acqua: Soluzione semplice ed economica per accumulare calore a basse e medie temperature.

• Sistemi ad accumulo con sali fusi: Permettono di accumulare calore ad alte temperature con maggiore densità energetica, ma sono più complessi e costosi.

• Materiali a cambiamento di fase (PCM): Offrono una buona capacità di accumulo termico a temperature specifiche, ma sono ancora in fase di sviluppo per applicazioni su larga scala.

L'accumulo termico consente ai CLFR di fornire energia anche in assenza di sole, aumentando la loro flessibilità e dispatchabilità e rendendoli una risorsa più affidabile per la produzione di calore ed elettricità.

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Indice sistemi di concentrazione solare CSP:

• Collettori Parabolici Lineari (Trough): Utilizzano specchi parabolici a forma di canale per concentrare la luce su un tubo ricevitore posto lungo la linea focale. All'interno del tubo scorre un fluido termovettore (olio sintetico o sali fusi) che viene riscaldato ad alte temperature.

• Sistemi a Torre (Power Tower): Impiegano un campo di specchi piani (eliostati) che riflettono la luce solare su un ricevitore posto in cima a una torre. Il ricevitore contiene un fluido che viene riscaldato a temperature molto elevate.

• Sistemi a Disco Parabolico (Dish/Engine): Utilizzano specchi parabolici a forma di parabola per concentrare la luce su un ricevitore posto nel fuoco della parabola. Il ricevitore è collegato a un motore Stirling che converte il calore in energia meccanica, e quindi in elettricità.

• Collettori Lineari Fresnel (CLFR): Utilizzano una serie di specchi piani stretti e lunghi che riflettono la luce su un tubo ricevitore posto sopra di essi.

Indice delle Tecnologie Solari

1. Pannelli Fotovoltaici
   La tecnologia più comune, utilizzata per convertire la luce solare in elettricità tramite l'effetto fotovoltaico.

2. Impianti Solari Termici
   Sistemi che utilizzano collettori solari per riscaldare acqua o fluidi, destinati a uso domestico o industriale.

3. Centrali Solari a Concentrazione (CSP)
   Tecnologie che utilizzano specchi o lenti per concentrare la luce solare e produrre calore ad alta intensità, generando energia elettrica.

4. Pannelli Solari Ibridi (PVT)
   Sistemi che combinano fotovoltaico e termico, producendo sia elettricità che calore.

5. Fotovoltaico Integrato negli Edifici (BIPV)
   Pannelli fotovoltaici integrati direttamente nelle superfici di edifici, come tetti, facciate e finestre.

6. Solare a Film Sottile
   Una versione più leggera e flessibile dei pannelli solari, ideale per applicazioni portatili o su superfici curve.

7. Celle Solari a Perovskite
   Una tecnologia emergente che promette costi ridotti e maggiore efficienza rispetto ai pannelli tradizionali.

8. Impianti Solari Flottanti
   Sistemi installati su superfici d'acqua, come laghi o bacini idrici, per risparmiare spazio e ridurre l'evaporazione dell'acqua.

9. Fotovoltaico Trasparente
   Celle solari trasparenti che possono essere integrate in finestre o schermi, generando energia senza compromettere la visibilità.

10. Torri Solari Termiche
    Impianti che concentrano la luce solare su una torre centrale per riscaldare un fluido e generare energia elettrica

11. Sistemi di Desalinizzazione Solare
    Tecnologie che sfruttano l'energia solare per purificare e desalinizzare l'acqua, rendendola potabile.

12. Pompe di Calore Solari
    Sistemi che combinano energia solare e pompe di calore per applicazioni di riscaldamento e raffreddamento efficienti.

13. Fotocatalisi Solare
    Una tecnologia avanzata che utilizza la luce solare per decomporre sostanze chimiche o produrre idrogeno.

Collettore Lineare Fresnel (CLFR)

Una soluzione compatta per la concentrazione solare.