Energia solare termica: una rivoluzione verde nell'energia termica pulita

Nell'ondata globale di transizione energetica a basse emissioni di carbonio, l'energia solare, una risorsa rinnovabile inesauribile, è diventata un motore fondamentale della rivoluzione energetica. Tra le sue applicazioni, la tecnologia solare termica, con i suoi vantaggi unici di "conversione termica diretta dell'energia, elevato accumulo di energia e ampi scenari applicativi", si è gradualmente trasformata da "attore potenziale" a "forza chiave" nel settore energetico, offrendo una soluzione pratica per affrontare la carenza di energia e l'inquinamento ambientale.

Il principio fondamentale dell'energia solare termica è la conversione diretta della radiazione solare in energia termica tramite dispositivi specifici, a differenza della tecnologia fotovoltaica (FV) che la converte prima in elettricità. Il processo si basa sul funzionamento coordinato di tre elementi chiave: "raccolta, trasferimento e accumulo di calore". Come componente principale, il collettore di calore cattura la luce solare utilizzando tecnologie come rivestimenti ad assorbimento e specchi concentranti, convertendo l'energia luminosa in energia termica e trasferendola a un mezzo di trasferimento di calore (come acqua o olio termoconduttore). Il mezzo trasporta quindi il calore a un dispositivo di accumulo tramite tubazioni o lo fornisce direttamente agli utenti finali. Il sistema di accumulo di calore, che utilizza materiali a cambiamento di fase o serbatoi d'acqua isolati, consente l'accumulo di calore a lungo termine, garantendo un approvvigionamento energetico stabile anche di notte o nelle giornate nuvolose. Rispetto alla tecnologia fotovoltaica, l'energia solare termica presenta un netto vantaggio: "l'utilizzo diretto dell'energia termica": evita la perdita di energia dalla conversione elettrica, raggiungendo un'efficienza termica del 50%-80%, rendendola particolarmente adatta a scenari che richiedono un approvvigionamento termico continuo e stabile.

In termini di sviluppo tecnologico, l'energia solare termica ha costituito un sistema tecnico multidimensionale per soddisfare esigenze energetiche di diversa entità. Per applicazioni di piccole e medie dimensioni, i collettori piani e i collettori a tubi sottovuoto sono ampiamente utilizzati. I collettori piani, con strutture semplici e costi contenuti, sono ampiamente utilizzati per la fornitura di acqua calda sanitaria residenziale. Ad esempio, nelle aree rurali della Cina settentrionale, gli "scaldacqua solari" – installati sui tetti – soddisfano esigenze quotidiane come il lavaggio e il riscaldamento. I collettori a tubi sottovuoto, grazie al loro strato isolante sottovuoto, offrono prestazioni migliori alle basse temperature (funzionando normalmente anche a -20 °C), rendendoli la scelta migliore per le regioni ad alta latitudine. Nei progetti energetici su larga scala, la tecnologia solare termica a concentrazione (CSP) mostra un grande potenziale: utilizza numerosi eliostati per concentrare la luce solare su un ricevitore centrale, generando energia termica ad alta temperatura (oltre 400 °C) che può non solo azionare turbine a vapore per la produzione di energia, ma anche supportare la produzione di vapore industriale e la desalinizzazione dell'acqua di mare. Ad esempio, la centrale solare termodinamica spagnola PS10 utilizza 1.250 eliostati e un ricevitore a torre centrale per ottenere una produzione di energia continua 24 ore su 24, 7 giorni su 7, con una produzione annua di 23 milioni di kWh, definendo un modello per la gestione commerciale di progetti solari termodinamici su larga scala.

Negli scenari applicativi in ​​espansione, l’energia solare termica sta andando oltre la “singola fornitura di acqua calda” verso un “utilizzo integrato multi-campo”, diventando un collegamento chiave che collega i bisogni di sostentamento delle persone e la produzione industriale. Nel settore civile, oltre agli scaldacqua domestici, nelle città settentrionali della Cina sono stati ampiamente promossi i sistemi di riscaldamento solare termico. A Pechino, ad esempio, nel 2024 sono stati aggiunti oltre 5 milioni di metri quadrati di nuove aree di riscaldamento solare termico. Utilizzando un modello combinato di “collettori di calore + serbatoi di accumulo di calore + pompe di calore ausiliarie”, il consumo di energia per il riscaldamento invernale è stato ridotto di oltre il 60% rispetto alle tradizionali caldaie a gas, mentre le emissioni di carbonio sono diminuite di circa 300.000 tonnellate. Nell’industria, l’energia solare termica offre un nuovo approccio per i settori ad alto consumo energetico per “ridurre il carbonio”. Industrie come quella tessile e quella alimentare richiedono grandi quantità di calore industriale (100-200°C); L’installazione di collettori di calore a media temperatura può sostituire direttamente le caldaie a carbone o a gas, riducendo i costi energetici aziendali e le emissioni inquinanti. Inoltre, in agricoltura, l’energia solare termica viene utilizzata per il riscaldamento delle serre e per l’essiccazione dei prodotti agricoli. Un'azienda di coltivazione delle ciliegie nella provincia di Shandong ha adottato apparecchiature per l'essiccazione termica solare, abbreviando il ciclo di essiccazione delle ciliegie da 7 giorni (metodo tradizionale) a 3 giorni, evitando la perdita di qualità dovuta all'essiccazione a carbone e aumentando le tariffe premium del prodotto del 20%.

Il valore ambientale dell'energia solare termica non risiede solo nella sua caratteristica di "emissioni zero di carbonio", ma anche nel suo effetto sostitutivo rispetto ai sistemi energetici tradizionali. I dati dell'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) mostrano che il consumo di energia termica negli edifici e nell'industria globali rappresenta oltre il 50% del consumo energetico totale, basato principalmente su combustibili fossili come carbone e gas naturale. Se il tasso di applicazione dell'energia solare termica venisse aumentato al 20%, le emissioni globali di carbonio potrebbero essere ridotte di circa 3 miliardi di tonnellate all'anno, equivalenti all'effetto di sequestro del carbonio derivante dalla piantumazione di 16 miliardi di alberi. Nell'ambito degli obiettivi "dual carbon" della Cina (carbon peaking entro il 2030 e carbon neutrality entro il 2060), l'energia solare termica è stata inclusa nei piani di sviluppo energetico. Il 14° Piano quinquennale per lo sviluppo delle energie rinnovabili afferma chiaramente che entro il 2025 la capacità installata di energia solare termica raggiungerà i 5 milioni di kilowatt e l'area di riscaldamento solare termico e di fornitura di calore industriale supererà 1 miliardo di metri quadrati, dando un forte impulso all'industrializzazione della tecnologia solare termica.

Naturalmente, l'energia solare termica deve ancora affrontare delle sfide: elevati investimenti iniziali per progetti su larga scala, margini di miglioramento nelle prestazioni dei materiali di accumulo del calore e una dotazione limitata di risorse solari in alcune regioni. Tuttavia, con l'iterazione tecnologica e il supporto politico, questi problemi stanno gradualmente venendo risolti. I nuovi collettori con nanorivestimento hanno aumentato l'efficienza termica a oltre l'85%, la tecnologia di accumulo di calore a sali fusi consente l'accumulo di calore a lunghissimo termine e i sistemi energetici ibridi "solare termico + fotovoltaico" integrano i vantaggi di entrambe le tecnologie per migliorare ulteriormente la stabilità dell'approvvigionamento energetico.

Dagli scaldacqua domestici installati sui tetti alle grandi centrali solari termiche nei deserti, l'energia solare termica sta rimodellando i modelli di utilizzo dell'energia dell'umanità in modo "visibile e fruibile". Non è solo una tecnologia energetica pulita, ma anche una forza vitale per lo sviluppo verde. In futuro, con le continue innovazioni tecnologiche e l'espansione degli scenari applicativi, l'energia solare termica svolgerà senza dubbio un ruolo sempre più importante nella transizione energetica globale, fornendo un solido supporto termico per la costruzione di una "Terra a zero emissioni di carbonio".