ENERGIA SOLARE: RICOMINCIO DA TRE
Lo scopo della discussione è cercare di capire che contributo possa dare l’energia dal sole all’energia che usa l’umanità. Per capirlo bisogna capire cos’è l’energia, come l’uomo la usa e come “funziona” il sole.
1. Quanto all’energia, nessuno sa cosa essa SIA. In fisica è una grandezza che ha la caratteristica di conservarsi e la cui esistenza è una conseguenza di una più profonda ragione legata ad uan particolare simmetria del tempo. Dico ciò solo per evitare di passare come quello che ha definito l’energia come ora faccio, una definizione perfetta per i nostri scopi: l’energia è quella “cosa” che si misura in chilowattore. Più precisamente, si vada dall’elettricista e si compri una lampadina con su scritto 100 W (si legga: cento doppia-vi): quella “cosa” che mi consente di tenere accesa la lampadina per 10 ore è l’energia di 1 chilowattora (kWh).
2. La potenza è la rapidità con cui l’energia viene trasferita (erogata o consumata). Se questa rapidità è costante, allora la potenza è il rapporto tra energia trasferita e tempo di trasferimento. Si misura in chilowatt (kW): si ha una potenza di 1 kW quando 1 kWh viene trasferito in un’ora.
3. Se la rapidità di trasferimento non è costante nell’intervallo di tempo considerato, quando si fa il rapporto tra energia trasferita e tempo considerato si ottiene una potenza media, quantità perfettamente legittima purché si usi legittimamente. È esattamente quel che si fa quando andando da RM a MI (600 km) in 10 ore si può dire che la velocità media è stata di 60 km/h; ma, naturalmente, vi siete fermati a fare benzina o bere un caffè (velocità zero) e avete anche raggiunto la velocità di 130 hm/h.
A questo punto vi offenderete perché dico cose “ovvie”. Eppure, più di una volta avete fatto confusione tra energia e potenza. Ad esempio, riporto queste frasi che tre di voi (non importa chi) hanno scritto:
a. se tutto il petrolio estraibile in un anno ha la potenza di uno schiaffo il vento utilizzabile che soffia in un anno ha la potenza di un pugno...
b. gli Stati Uniti col 5% della popolazione mondiale consumano il 20% delle risorse. Questo è verissimo.
c. Ogni anno sulle terre emerse il sole irradia energia equivalente a 19.000 miliardi di TEP (tonnellate equivalenti petrolio). La domanda annuale di energia nel mondo è attualmente di 8 miliardi di TEP. In Italia la domanda di energia nel 1994 è stata di 167 milioni di TEP.
Ebbene queste affermazioni sono esempi evidenti di confusione tra energia e potenza:
a. se la potenza del vento è quella di una carezza, la potenza del vento che soffia in un anno o in un secolo o in un millennio è sempre quella di una carezza, esattamente come quella di una lampadina di 100 W che sta accesa un’ora, un giorno o un anno rimane sempre di 100 W.
b. gli USA consumano IN UN ANNO il 20% dell’energia che il mondo consuma in un anno: la potenza consumata dagli USA è il 20% di quella mondiale. Rispetto all’Italia, ad es., gli USA consumano petrolio a VELOCITA’ 10 volte maggiore. Ciò non ha alcuna relazione con l’energia disponibile al mondo (qualunque cosa ciò significhi). Ad es., se un giorno dovesse diventare possibile convertire tutta una massa in energia (E=mc^2) allora basterebbero 5 kg di una qualunque massa per soddisfare l’energia che il mondo consuma in un anno, e ciò toglierebbe ogni significato all’affermazione b (ammesso che ne abbia).
c. qui non si compende come l’uomo usa l’energia: noi abbiamo bisogno, innanzitutto, di potenza. Ad esempio, per muovere la nosra auto potremmo aver bisogno di 100 kW. Se la muoviamo per un’ora consumiamo 100 kWh, se la muoviamo per 10 ore di 1000 kWh e per 6 minuti di 10 kWh; ma in ogni caso abbiamo bisogno della potenza di 100 kW. Questa è la potenza che fornisce il sole a mezzogiorno col cielo limpido su 100 mq. Per capire meglio l’errore che si fa nell’affermazione in c basti pensare all’esempio della quantità di ossigeno contenuta nel mare: sarebbe sufficiente per far respirare per molte ore milioni di persone; eppure, chiunque affoga in pochi minuti.
Un’ultima cosa: una grande confusione nasce dall’usare diverse unità insieme, anche stravaganti (TEP, barile di petrolio, J, caloria, etc.). Oppure quando si dice: quel parco eolico è sufficiente a dare energia a 1000 case, introducendo così la “casa” come unità di misura. Conviene che d’ora in poi usiamo una sola unità e propongo il kWh per l’energia, il kW per la potenza, il mq per la superficie (o multipli) e, visto che il ciclo del sole è annuale, l’anno è l’ideale unità di misura per il tempo.
4. Dobbiamo anche metterci d’accordo su cosa sia l’energia solare. Qualcuno pretendeva di includere anche i c. fossili, solo perché la loro origine è dal sole. Credo che convenga escluderla (così fan tutti) e considerare solo la parte d’energia solare “corrente”, non quella capitalizzata nei c. fossili. Quindi: idroelettrico, solare termico, termoelettrico e FV, eolico, biomassa.
5. Infine, spero che sia ora chiaro che possiamo assumere come valido il valore di 200 W/mq=0.2 kW/mq come potenza specifica media dal sole alle nostre latitudini. Questo valore rappresenta l’energia totale che arriva dal sole in un anno sull’Italia diviso per le ore dell’anno e per la superficie italiana. Non ha importanza che ci siano anche le ore notturne nel calcolo della media: quando calcoleremo l’energia erogata in un anno da una qualunque tecnologia “solare”, includeremo anche le ore notturne.
Se questa può essere una base condivisa, la prossima volta analizzeremo le tecnologie “solari” una alla volta. Se pensate vi siano inesattezze, correggetemi: la condizione essenziale per continuare è non i nostri sogni o desideri ma l’onestà intellettuale.
Lo scopo della discussione è cercare di capire che contributo possa dare l’energia dal sole all’energia che usa l’umanità. Per capirlo bisogna capire cos’è l’energia, come l’uomo la usa e come “funziona” il sole.
1. Quanto all’energia, nessuno sa cosa essa SIA. In fisica è una grandezza che ha la caratteristica di conservarsi e la cui esistenza è una conseguenza di una più profonda ragione legata ad uan particolare simmetria del tempo. Dico ciò solo per evitare di passare come quello che ha definito l’energia come ora faccio, una definizione perfetta per i nostri scopi: l’energia è quella “cosa” che si misura in chilowattore. Più precisamente, si vada dall’elettricista e si compri una lampadina con su scritto 100 W (si legga: cento doppia-vi): quella “cosa” che mi consente di tenere accesa la lampadina per 10 ore è l’energia di 1 chilowattora (kWh).
2. La potenza è la rapidità con cui l’energia viene trasferita (erogata o consumata). Se questa rapidità è costante, allora la potenza è il rapporto tra energia trasferita e tempo di trasferimento. Si misura in chilowatt (kW): si ha una potenza di 1 kW quando 1 kWh viene trasferito in un’ora.
3. Se la rapidità di trasferimento non è costante nell’intervallo di tempo considerato, quando si fa il rapporto tra energia trasferita e tempo considerato si ottiene una potenza media, quantità perfettamente legittima purché si usi legittimamente. È esattamente quel che si fa quando andando da RM a MI (600 km) in 10 ore si può dire che la velocità media è stata di 60 km/h; ma, naturalmente, vi siete fermati a fare benzina o bere un caffè (velocità zero) e avete anche raggiunto la velocità di 130 hm/h.
A questo punto vi offenderete perché dico cose “ovvie”. Eppure, più di una volta avete fatto confusione tra energia e potenza. Ad esempio, riporto queste frasi che tre di voi (non importa chi) hanno scritto:
a. se tutto il petrolio estraibile in un anno ha la potenza di uno schiaffo il vento utilizzabile che soffia in un anno ha la potenza di un pugno...
b. gli Stati Uniti col 5% della popolazione mondiale consumano il 20% delle risorse. Questo è verissimo.
c. Ogni anno sulle terre emerse il sole irradia energia equivalente a 19.000 miliardi di TEP (tonnellate equivalenti petrolio). La domanda annuale di energia nel mondo è attualmente di 8 miliardi di TEP. In Italia la domanda di energia nel 1994 è stata di 167 milioni di TEP.
Ebbene queste affermazioni sono esempi evidenti di confusione tra energia e potenza:
a. se la potenza del vento è quella di una carezza, la potenza del vento che soffia in un anno o in un secolo o in un millennio è sempre quella di una carezza, esattamente come quella di una lampadina di 100 W che sta accesa un’ora, un giorno o un anno rimane sempre di 100 W.
b. gli USA consumano IN UN ANNO il 20% dell’energia che il mondo consuma in un anno: la potenza consumata dagli USA è il 20% di quella mondiale. Rispetto all’Italia, ad es., gli USA consumano petrolio a VELOCITA’ 10 volte maggiore. Ciò non ha alcuna relazione con l’energia disponibile al mondo (qualunque cosa ciò significhi). Ad es., se un giorno dovesse diventare possibile convertire tutta una massa in energia (E=mc^2) allora basterebbero 5 kg di una qualunque massa per soddisfare l’energia che il mondo consuma in un anno, e ciò toglierebbe ogni significato all’affermazione b (ammesso che ne abbia).
c. qui non si compende come l’uomo usa l’energia: noi abbiamo bisogno, innanzitutto, di potenza. Ad esempio, per muovere la nosra auto potremmo aver bisogno di 100 kW. Se la muoviamo per un’ora consumiamo 100 kWh, se la muoviamo per 10 ore di 1000 kWh e per 6 minuti di 10 kWh; ma in ogni caso abbiamo bisogno della potenza di 100 kW. Questa è la potenza che fornisce il sole a mezzogiorno col cielo limpido su 100 mq. Per capire meglio l’errore che si fa nell’affermazione in c basti pensare all’esempio della quantità di ossigeno contenuta nel mare: sarebbe sufficiente per far respirare per molte ore milioni di persone; eppure, chiunque affoga in pochi minuti.
Un’ultima cosa: una grande confusione nasce dall’usare diverse unità insieme, anche stravaganti (TEP, barile di petrolio, J, caloria, etc.). Oppure quando si dice: quel parco eolico è sufficiente a dare energia a 1000 case, introducendo così la “casa” come unità di misura. Conviene che d’ora in poi usiamo una sola unità e propongo il kWh per l’energia, il kW per la potenza, il mq per la superficie (o multipli) e, visto che il ciclo del sole è annuale, l’anno è l’ideale unità di misura per il tempo.
4. Dobbiamo anche metterci d’accordo su cosa sia l’energia solare. Qualcuno pretendeva di includere anche i c. fossili, solo perché la loro origine è dal sole. Credo che convenga escluderla (così fan tutti) e considerare solo la parte d’energia solare “corrente”, non quella capitalizzata nei c. fossili. Quindi: idroelettrico, solare termico, termoelettrico e FV, eolico, biomassa.
5. Infine, spero che sia ora chiaro che possiamo assumere come valido il valore di 200 W/mq=0.2 kW/mq come potenza specifica media dal sole alle nostre latitudini. Questo valore rappresenta l’energia totale che arriva dal sole in un anno sull’Italia diviso per le ore dell’anno e per la superficie italiana. Non ha importanza che ci siano anche le ore notturne nel calcolo della media: quando calcoleremo l’energia erogata in un anno da una qualunque tecnologia “solare”, includeremo anche le ore notturne.
Se questa può essere una base condivisa, la prossima volta analizzeremo le tecnologie “solari” una alla volta. Se pensate vi siano inesattezze, correggetemi: la condizione essenziale per continuare è non i nostri sogni o desideri ma l’onestà intellettuale.
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