Impianti solari su piccola scala dal grande potenziale
Gli edifici consumano circa il 40 % dell’energia a livello mondiale e generano pressappoco un terzo delle emissioni di gas a effetto serra, il che li rende un obiettivo fondamentale delle azioni volte al miglioramento dell’efficienza energetica e all’attenuazione delle emissioni. Il progetto Innova MicroSolar, finanziato dall’UE, ha realizzato un impianto a concentrazione solare (CSP, Concentrating Solar Power) ad alte prestazioni e conveniente in termini di costi per la produzione di elettricità e calore a livello locale e su piccola scala.
L’energia solare a concentrazione al servizio della turbina a ciclo Rankine a fluido organico più piccola al mondo
Gli impianti fotovoltaici impiegano la luce solare per produrre elettricità in modo diretto mediante celle fotovoltaiche dotate di semiconduttori. Gli impianti CSP si avvalgono di dispositivi riflettenti, come gli specchi, per sfruttare il calore del sole. I riflettori Fresnel lineari sono meno complessi, più economici ed efficienti rispetto ad altri impianti. Gli specchi concentrano la luce solare su un tubo ricevitore lineare. Il fluido di lavoro riscaldato genera direttamente vapore, eliminando quindi la necessità di scambiatori di calore complessi e costosi. Il vapore è in seguito impiegato per fare ruotare una turbina che a sua volta aziona un generatore per produrre elettricità. «Innova MicroSolar ha sviluppato un nuovo e leggero campo a concentrazione solare provvisto di riflettori Fresnel lineari utilizzando Therminol 62, un fluido termovettore sintetico ad alte prestazioni. L’impianto è stato messo in funzione a temperature moderate comprese tra 220 °C e 280 °C», spiega Khamid Mahkamov dell’Università della Northumbria e coordinatore del progetto. Questo impianto è stato accoppiato a una turbina a ciclo Rankine a fluido micro-organico che utilizza un fluido di lavoro organico caratterizzato da un punto di ebollizione basso, permettendo la generazione di vapore tramite calore a bassa temperatura. «La turbina elettrica da 2 kilowatt a ciclo Rankine a fluido organico di Innova MicroSolar è la più piccola al mondo», aggiunge Mahkamov.
Uno stoccaggio di energia termica innovativo per l’energia solare a concentrazione
È possibile combinare l’energia solare a concentrazione con lo stoccaggio di energia termica mediante materiali a cambiamento di fase allo scopo di sfruttare in modo efficiente il calore solare quando il sole non sta splendendo. «Abbiamo elaborato un modello inedito di materiali a cambiamento di fase per lo stoccaggio di energia termica che dispone di tubi termovettori reversibili per il trasferimento dell’energia termica dal Therminol 62 ai suddetti materiali e viceversa, garantendo dimensioni compatte ed efficienza elevata. È stato sviluppato un nuovo materiale a cambiamento di fase basato su un sale solare (una miscela di sali fusi) e sulla grafite espandibile, migliorando di venti volte la conduttività termica del sale solare», spiega Mahkamov. Lo stoccaggio di energia termica può far funzionare la turbina a ciclo Rankine a fluido organico fino a quattro ore in assenza di luce solare.
Elettricità e calore su piccola scala ad alimentazione solare con emissioni ridotte
L’impianto elettrico da 2 kilowatt e termico da 18 kilowatt di Innova MicroSolar è stato collaudato sul campo in Spagna, dimostrando che è in grado di conseguire l’obiettivo di produzione nell’arco del periodo primavera-estate-autunno. In inverno, l’energia termica generata dal campo solare è stata utilizzata per riscaldare direttamente l’acqua per uso domestico. Mahkamov aggiunge: «il sistema offre il maggiore risparmio energetico nei paesi meridionali dell’UE, soddisfacendo in alcuni di questi l’intero fabbisogno di elettricità; mentre, in altri fornisce tra il 20 % e il 60 % del fabbisogno. Quando è impiegato in un’abitazione unifamiliare, riduce le emissioni di CO2 dal 70 % al 95 % nelle località meridionali e in media di circa il 30 % quelle in altri paesi.» Un’analisi di carattere tecnico-economico e ambientale ha confermato la posizione altamente concorrenziale della soluzione rispetto ad altre tecnologie avanzate basate sulle energie rinnovabili. Alcune organizzazioni commerciali e governative nella regione del Golfo, in India, Italia, America latina e Nigeria stanno valutando di adottare questa tecnologia. La prossima fase riguarderà la Sardegna, dove le prestazioni del sistema di Innova Microsolar saranno ottimizzate fornendo energia alle scuole locali e a una struttura di formazione per un istituto tecnico. La produzione di elettricità e calore affidabile, economica e autonoma alimentata da energie rinnovabili è in procinto di approdare negli edifici di piccole dimensioni di tutto il mondo.
Parole chiave
Innova Microsolar, solare, CSP, emissioni, stoccaggio di energia termica, riflettore Fresnel lineare, ciclo Rankine a fluido organico, Therminol 62, concentrazione di energia solare
