La radiazione solare è fondamentale per la vita sulla Terra, poiché fornisce l'incessante fornitura di energia che alimenta quasi tutti gli ecosistemi del pianeta. Oltre a rendere possibile la nostra stessa esistenza, l'energia solare ha attirato per decenni l'attenzione come alternativa pulita e rinnovabile ai combustibili fossili. Sebbene attualmente fornisca solo una frazione dell'energia globale, l'industria solare è una componente in rapida espansione del settore delle energie rinnovabili. Sebbene il dibattito sul costo, la praticità e le prestazioni degli impianti solari su scala industriale continui certamente, la tecnologia offre molte promesse come fonte di energia sostenibile.
Energia solare sulla Terra
Il sole produce energia attraverso la fusione termonucleare nel suo nucleo; questa energia viene rilasciata dalla stella sotto forma di neutrini e radiazione elettromagnetica, o solare. Dopo un viaggio di circa 8 minuti attraverso 150 milioni di chilometri (93.000.000 di miglia) di spazio, circa mezzo trilionesimo della radiazione solare generata dal sole raggiunge la Terra. L'atmosfera riflette circa il 29% di questa energia in entrata e assorbe circa il 23%. Circa il 48% raggiunge la superficie terrestre. Gli organismi fotosintetici, come le piante verdi, usano questa energia per produrre carboidrati da carbonio e acqua. Questo processo traduce la radiazione solare in una forma utilizzabile da altri esseri viventi.
Energia solare per l'elettricità
La moderna tecnologia solare è suddivisa in categorie passive e attive. L'energia solare passiva sfrutta direttamente il calore o la luce del sole, come in un edificio progettato per fornire luce naturale. La tecnologia solare attiva comprende impianti fotovoltaici e solari termici. Un impianto fotovoltaico genera elettricità dalla luce solare utilizzando un semiconduttore, un materiale che produce una carica elettrica quando i fotoni solari eccitano i suoi elettroni. I sistemi di energia solare termica concentrano e convogliano il calore solare, sia per il riscaldamento di una casa che per alimentare generatori elettrici a vapore su scala industriale. A un livello più ampio, la radiazione solare è anche il motore ultimo di molte altre fonti di energia. I resti di organismi alimentati dalla luce solare compongono carbone e idrocarburi, per esempio, e il riscaldamento solare differenziale del pianeta aiuta a stimolare l'aria e correnti d'acqua sfruttato attraverso l'energia del vento e delle onde.
Emissioni di gas serra ridotte
La combustione di combustibili fossili introduce nell'atmosfera gas serra come l'anidride carbonica e il metano. Questi gas sono così chiamati perché assorbono le radiazioni a onde lunghe in uscita dal pianeta e si pensa che aumentino le temperature globali, un processo in qualche modo simile alla funzione di una serra. L'utilizzo dell'energia solare non emette gas a effetto serra, sebbene le emissioni possano derivare dalla produzione e installazione di tecnologia solare. Una valutazione del 2014 pubblicata dall'Agenzia internazionale per l'energia ha suggerito che i sistemi di energia fotovoltaica e termica potrebbero potenzialmente costituire la più grande fonte di elettricità globale entro il 2050. Questo scenario, ha calcolato l'agenzia, potrebbe prevenire oltre 6 miliardi di tonnellate di emissioni annuali di anidride carbonica entro quell'anno.
Più sostenibile e resiliente
Rispetto alle riserve di combustibili fossili, che sono limitate nella scala temporale umana, la radiazione solare è una risorsa rinnovabile di straordinaria portata. Come osserva l'IEA in un rapporto del 2011, "l'energia solare è la più grande risorsa energetica sulla Terra ed è inesauribile". La quantità di energia solare ricevuto dalla Terra in un anno supera l'energia che è stata raccolta da petrolio, gas naturale, carbone e fonti nucleari nella storia del umanità. La quantità ricevuta dal pianeta in un'ora è maggiore dell'intero consumo energetico annuale del globo. Poiché gli impianti solari possono essere distribuiti in modo così ampio e poiché sono costituiti da molti dispositivi separati, sono meglio protetti dai disturbi eventi come le tempeste, che possono togliere energia a grandi popolazioni danneggiando solo un generatore o una stazione di trasformazione in un'elettricità centralizzata griglia. E poiché molte tecnologie solari utilizzano meno acqua rispetto alle centrali a combustibili fossili o nucleari, possono anche essere più resistenti alla siccità.
Versatile, a bassa manutenzione e flessibile
L'energia solare è altamente modulare - composta da molte installazioni individuali che possono essere collegate tra loro - e può essere implementato su molte scale, dalla generazione distribuita attraverso pannelli solari sul tetto a un impianto termico su larga scala. A partire dal 2014, un impianto di generazione termica su larga scala in California, l'Ivanpah Solar Electric Generating System, è la più grande centrale elettrica a concentrazione del mondo. Ha una capacità massima - da non confondere con i dati di generazione effettiva - di 393 megawatt, o elettricità sufficiente per servire 94.400 famiglie medie negli Stati Uniti. Una volta installata, la tecnologia solare tende anche a richiedere poca manutenzione. Installazioni solari altamente localizzate, nel frattempo, possono funzionare bene nelle aree rurali o in via di sviluppo in cui l'energia di rete non è disponibile, inaffidabile o molto costosa.
Vantaggi di costo
La tecnologia solare attiva, come i generatori Ivanpah, di solito richiede un investimento iniziale significativo, ma i costi operativi sono bassi e il carburante - luce e calore del sole - è gratuito. Attraverso miglioramenti tecnologici, mercati in espansione e sussidi e incentivi governativi, i costi della tecnologia solare sono diminuiti negli ultimi anni. Nel 2014, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha notato che il costo dei pannelli fotovoltaici era diminuito del 50 percento nei tre anni precedenti. Rispetto alle fluttuazioni volatili dei prezzi tipiche dei combustibili fossili, derivanti da tensioni politiche, conflitti e altro fattori regionali: il solare offre il potenziale per costi energetici più stabili, a vantaggio dei consumatori e dei servizi pubblici. Inoltre, case o aziende in località remote che affrontano spese elevate per ottenere energia da una rete centralizzata può essere in grado di risparmiare denaro andando off-grid con solare su piccola scalascale installazioni.
Lavori nel settore solare
L'energia rinnovabile in generale è considerata più laboriosa rispetto al settore dei combustibili fossili, e quindi in grado di sostenere più posti di lavoro per unità di energia prodotta. Secondo il National Solar Jobs Census 2013 della Solar Foundation, nel 2013 più di 142.000 persone hanno lavorato nell'industria solare degli Stati Uniti, con un aumento di circa il 20% rispetto al 2011. Un'analisi della Union of Concerned Scientists del 2009 ha suggerito che gli Stati Uniti generassero almeno il 25% della propria elettricità da fonti rinnovabili entro il 2025, lo sforzo potrebbe tradursi in più di tre volte il numero di nuovi posti di lavoro che si creerebbero facendo affidamento sui soli combustibili fossili per l'equivalente produzione.
Salute e sicurezza umana
Oltre a emettere gas serra, la combustione di combustibili fossili può inquinare l'aria e l'acqua, con ripercussioni negative sulla salute umana su scala locale e regionale. L'Unione degli scienziati interessati valuta le ripercussioni economiche di tali problemi di salute negli Stati Uniti tra $ 361,7 e $ 886,5 miliardi. L'energia solare, al contrario, non è inquinante. La tecnologia può anche ridurre l'inquinamento acustico associato alla generazione di energia; gli impianti solari fotovoltaici sono essenzialmente silenziosi. Sono considerati sicuri per il funzionamento degli esseri umani ed è improbabile che producano quantità pericolose di radiazioni. L'energia solare può anche essere impiegata per trattare o purificare l'acqua potabile, un significativo beneficio per la salute pubblica nei paesi in via di sviluppo.
Indipendenza energetica e sicurezza nazionale
Rispetto ad altre potenziali fonti di energia, la luce solare è una risorsa universalmente disponibile, anche se ovviamente varia in quantità e intensità geograficamente e stagionalmente. Sfruttare un approvvigionamento energetico nazionale così potenzialmente produttivo può ridurre la dipendenza di un paese dalle fonti energetiche estere. Inoltre, proprio come un sistema energetico distribuito è meglio tutelato dai disastri naturali, è anche meno vulnerabile agli attacchi terroristici di una rete elettrica centralizzata.