Concentratore solare con guida ottica

I concentratori solari di tipo tradizionale sono sistemi ottici che sfruttano le proprietà riflettenti di particolari specchi convessi, i quali concentrano la radiazione solare in una zona ben precisa nello spazio, corrispondente al fuoco dello specchio stesso. In corrispondenza del "fuoco" di tali specchi è possibile inserire, sia apparati a tecnologia fotovoltaica, che tubazioni per lo sfruttamento del solare termico. Questi apparati hanno delle limitazioni non trascurabili, soprattutto di carattere economico, per il costo vivo dei materiali, per l'assemblaggio e il trasporto, per i sistemi automatici di orientamento automatizzato e anche per la manutenzione necessaria alle superfici riflettenti le quali devono essere mantenute pulite per ottenere il massimo rendimento.


 



Per rendere più convenienti i concentratori solari nel campo del fotovoltaico, e aumentare l'efficienza delle celle, la società di Toronto Morgan Solar ha sviluppato la Light-guide Solar Optic (LSO), una guida ottica per la luce solare che consente di intrappolare e manipolare la luce senza bisogno di specchi e ottiche complesse. “E’ pura ottica geometrica”, afferma Nicolas Morgan, direttore business development della Morgan Solar.

LSO

Si tratta di un componente sottile in acrilico che grazie alla sua particolare forma interna guida la luce verso il suo centro, concentrandola fino a 1400 soli. La progettazione di questo piccolo dispositivo si basa su un fenomeno chiamato Riflessione Interna Totale, ossia la possibilità che ha un fascio di luce di penetrare un materiale ottico ed essere deviato invece di essere riflesso. Il segreto sta nel forgiare il piccolo concentratore solare di plastica in modo tale da piegare il fascio luminoso in una determinata direzione. “Si tratta di controllare criticamente gli angoli una volta che la luce penetra il piccolo concentratore solare”, spiega Morgan. I vantaggi sono l'aumento di efficienza e la convenienza, dato che non ci sono camere d'aria e non esiste una distanza tra le celle solari e il concentratore.


Il nuovo concentratore solare, nella sua prima versione commerciale, sarà composto da un wafer quadrato acrilico di circa venti centimetri di dimensione contenente un concentratore secondario di vetro. “Il loro design è sicuramente ottimo e questi concentratori solari possono essere prodotti senz’altro a basso costo, rappresentando una buona occasione per rivoluzionare la tecnologia di questo settore”, spiega Ray Lapierre, esperto in celle solari ad alta efficienza.
Il nuovo modulo a concentrazione potrebbe entrare in commercio nel 2010. La società conta di realizzare il primo sistema per meno di 1 dollaro per Watt entro il 2011.

Il nuovo fotovoltaico abbandona il silicio

La nuova generazione di pannelli fotovoltaici non avrà bisogno del silicio per convertire la luce ma sfrutterà pigmenti organici, sintetizzati biologicamente. L’innovazione non nasce nelle startup californiane, ma nell’Università di Tor Vergata dove è sorto il Polo Solare Organico. In esso è stato battezzato il primo progetto in Italia (qualcosa del genere sta nascendo in Germania e Giappone) per i pannelli fotovoltaici semitrasparenti e colorati, capaci di assorbire la luce senza ricorso al silicio.
Il loro funzionamento è basato sulle celle solari organiche che comprendono tutti quei dispositivi la cui parte fotoattiva è basata sui composti organici del carbonio. La struttura base di una cella organica è semplice: essa è detta “a sandwich” ed è composta da un substrato, generalmente vetro ma anche plastica flessibile, e da una o più sottilissime pellicole, che contengono i materiali fotoattivi, frapposte tra due elettrodi conduttivi. Le celle organiche più efficienti, ispirandosi al processo di fotosintesi clorofilliana, utilizzano una miscela di materiali in cui un pigmento assorbe la radiazione solare e gli altri componenti estraggono la carica per produrre elettricità. La gamma di pigmenti che possono essere impiegati include quelli a base vegetale, come le antocianine derivate dai frutti di bosco, i polimeri e le molecole sintetizzate in modo da massimizzare l’assorbimento dello spettro solare.

Il frutto dell’ingegno di scienziati e tecnici è pronto a trasformarsi in un prodotto industriale. Il progetto è infatti passato dai laboratori di Tor Vergata al Polo Solare Chose (Center for Hibrid and Organic Solar Energy), il centro all’avanguardia situato nel Tecnopolo Tiburtino dove il solare organico si appresta a vivere la sua fase di industrializzazione. «La linea – spiega Aldo Di Carlo, responsabile del progetto e direttore del Polo – avrà inizialmente una produzione limitata a 10mila metri quadri l’anno, con un costo contenuto. Questo permetterà al prodotto di penetrare nel settore delle piccole e medie imprese. Riteniamo di poter immettere sul mercato i primi pannelli entro il 2010». La conseguenza rivoluzionaria in termini di business deriva dall’enorme risparmio legato all’assenza del silicio, l’elemento chimico che fa lievitare il prezzo di un pannello del 60%. La sua eliminazione permetterebbe, assicura il professor Di Carlo, ai nuovi modelli in realizzazione di abbattere il costo per watt da 4 a 1 euro. A questo si aggiungerà il risparmio nelle macchine per la produzione dei pannelli, che costeranno 1 milione di euro contro i 15 o addirittura i 100 necessari per altre forme di fotovoltaico.

 
 



Il salto commerciale è stato reso possibile dalla Regione Lazio e da alcuni investitori privati che hanno creduto nel progetto. Per la nascita del Polo del solare organico sono arrivati dalla Regione 6 milioni ai quali si sono aggiunti i finanziamenti delle imprese. Tra queste, la Erg Renew, la Dyesol, e Permasteelisa, la società italiana leader nei rivestimenti di edifici che – tra l’altro – ha collaborato al disegno e alla progettazione dell’Opera House di Sidney e del Museo Guggenheim di Bilbao.«Il caso di Tor Vergata –commenta l’assessore all’Ambiente della Regione Lazio, Filippo Zaratti – è un successo di ricerca applicata e darà un forte impulso a tutto il settore dell’industria delle rinnovabili». L’obiettivo, scritto nell’intesa tra l’ateneo di Tor Vergata e la Regione, è il trasferimento tecnologico di queste scoperte scientifiche alle piccole e medie imprese, in modo che un’innovazione così sofisticata possa essere messa a disposizione del tessuto produttivo italiano. Oltre alle ricadute industriali, l’iniziativa avrà effetti benefici anche nel campo della formazione accademica. Le eccellenze maturate nei laboratori del Polo Solare Organico sono a disposizione dei giovani studenti attraverso un Master internazionale in Ingegneria e Fotovoltaico che conta di attrarre dall’estero quei talenti che in molte occasioni percorrono il tragitto inverso e fuggono dal nostro Paese.
Fonte: Repubblica.it

Impianto di riscaldamento a pavimento

L'impianto di riscaldamento a pavimento costituisce un'ottima soluzione per coloro i quali intendano riscaldare la propria abitazione ottenendo il massimo rendimento e la possibilita di sfruttare le fonti di energia alternativa. Rispetto ai sistemi di riscaldamento tradizionali, gli impianti a pannelli, consentono di mantenere l’aria ambiente ad una temperatura più bassa di circa 1÷2 °C lasciando invariata la sensazione di benessere e confort. Tale risultato è possibile grazie alla grande superfice radiante ,costituita dalla totalità del pavimento di casa , la quale permette di mantenere praticamente costante la temperatura in ogni punto della casa e di usare un fluido vettore ad una temperatura d'esercizio di molto inferioe alla norma (circa 30° C). E' noto, infatti, che riducendo la temperatura di un sistema riscaldante se ne aumenta il rendimento, consentendo anche di interfacciare delle caldaie a conensazione o a pompa di calore con dei pannelli solari, abbattendo notevolmente i costi d'esercizio.

L’unico inconveniente di un impianto a pavimento è rappresentato dalla maggiore inerzia termica: l’impianto non è in grado di raggiungere rapidamente la temperatura di esercizio (con partenza a freddo deve essere riscaldato l’intero pavimento) e di conseguenza anche il raggiungimento della temperatura ambiente ideale richiede un certo tempo.
Un utilizzo razionale di questo sistema prevede il funzionamento continuo con attenuazione nelle ore notturne (spegnimenti ridotti al minimo) e pertanto l’impianto risulta poco adatto per i locali occupati saltuariamente o in modo discontinuo.

Impianto geotermico domestico

Non tutti sanno che oltre agli impianti geotermici, installati in particolari zone del mondo, dedicati allo sfruttamento di anomalie geologiche o vulcanologiche ne esistono di piu piccoli classificati come impianti a "bassa entalpia", relativi allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione invernale ed al quale cederne durante la stagione estiva. I sistemi geotermici domestici sfruttano l'energia naturale, pulita e rinnovabile, presente nel terreno catturandola a mezzo di sonde interrate e moltiplicandola con una pompa di calore per il riscaldamento, per la produzione dell’acqua calda sanitaria, ed in estate per il raffrescamento con un'unica macchina.Il sistema è applicabile in qualsiasi tipo di sottosuolo, in qualsiasi regione d’Italia, in qualsiasi situazione geografica: al mare, in montagna, in pianura, in collina, in riva al lago, in città, in campagna.

Funzionamento:

Tutto il sistema funziona grazie all’uso di un semplice circuito di prelievo del calore inserito nel terreno e ad una pompa di calore. Il circuito di scambio di calore fra edificio e sottosuolo avviene per mezzo di uno scambiatore immerso nel terreno. Tale scambiatore consiste in un tubo di andata ed uno di ritorno, inseriti in un foro verticale di una lunghezza generalmente compresa tra 70 e 120 m, praticato nel terreno circostante l’abitazione. La realizzazione del sistema di scambio prevede l’inserimento di tubi in polietilene collegati con un raccordo a U alla loro estremità inferiore. All’interno dei tubi, che costituiscono un circuito chiuso, viene fatto circolare un fluido termovettore che è il mezzo fisico attraverso cui avviene lo scambio di calore. Durante un ciclo di riscaldamento invernale il liquido scende a bassa temperatura (intorno allo zero) in uno dei due tubi, per risalire nell’altro riscaldato dal calore del suolo. Questo semplice sistema di captazione viene chiamato sonda geotermica.Il solo calore estratto dal sottosuolo è insufficiente a riscaldare un edificio ed il liquido deve essere quindi convogliato ad una pompa di calore che ne innalza la temperatura per poterlo infine trasferire ai terminali: termoconvettori, piastre o pannelli radianti.Una pompa di calore funziona in analogia ad un frigorifero domestico. Infatti come quest’ultimo toglie calore dall'interno del frigorifero per rigettarlo nel locale in cui si trova l'apparecchio, così la pompa di calore preleva calore dalla sonda geotermica (dopo che quest'ultima lo ha preso dal terreno) e lo fornisce al circuito di riscaldamento. Le pompe di calore sono riconosciute per rappresentare una delle tecnologie più promettenti ed economicamente interessanti per limitare le emissioni nocive, incluse quelle dei gas ad effetto serra (p. es. CO2).L’edificio dotato di sonde geotermiche e degli opportuni terminali viene in questo modo riscaldato grazie all’energia gratuita proveniente dal sottosuolo. L’unico costo per l’utente è l’ energia elettrica necessaria al funzionamento della pompa di calore. Grazie ad esperienze dirette nel settore questa tecnologia è oggi consolidata e i rendimenti degli impianti sono in continuo aumento. E’ stato accertato che questa soluzione comporta un notevole risparmio stagionale rispetto ad impianti tradizionali a caldaia ed inoltre annulla le emissioni di gas inquinanti in atmosfera. La posa in opera della sonda geotermica è semplice, non necessita di grandi spazi e comporta un impatto estetico ed ingombro nullo in esterno.Misure e studi effettuati su impianti reali hanno dimostrato che il calore prelevato dal sottosuolo viene rigenerato interamente e velocemente dall’energia geotermica, anche dopo molti anni di funzionamento. Il prelievo dell’energia geotermica è quindi un prelievo ecologicamente favorevole di energia rinnovabile. Le temperature quasi costanti del sottosuolo durante tutto l’anno permettono alla pompa di calore di raggiungere rendimenti elevati anche in pieno inverno, consumando elettricità per meno di un quarto rispetto all’energia che la geotermia fornisce all’impianto di riscaldamento. Questo, oltre ad abbassare i costi di gestione, significa utilizzare meno risorse energetiche pregiate e più energia rinnovabile. L’efficienza di questi dispositivi è molto elevata: è possibile trasformare 1 kW di energia elettrica in circa 4,5 kW di energia termica. Un impianto geotermico si ammortizza in pochi anni e, con una minima spesa in termini di elettricità, è possibile avere riscaldamento, raffrescamento e acqua calda in ogni momento dell’anno. Il vantaggio dei sistemi geotermici è che permettono, attraverso un unico sistema, di poter fornire all’abitazione sia il riscaldamento che il raffrescamento degli ambienti. Questo comporta una riduzione consistente non solo sui costi invernali di riscaldamento degli ambienti ma anche di quelli estivi di raffrescamento. Inoltre attraverso il raffrescamento è possibile reintegrare le calorie sottratte al terreno durante il mese invernale e quindi ripristinare le condizioni ottimali per gli anni di esercizio successivi.

Impianti fotovoltaici

Senza dubbio alcuno, il fotovoltaico rappresenta una delle tecnologie che ci permetteranno di contribuire, nell'immediato futuro, ad un mondo piu pulito partendo da un sistema energetico eco-sostenibile.
L'autosufficienza energetica, anche di una singola abitazione, consentirebbe a livello globale di limitare in modo considerevole l'uso di combustibili fossili.
Da oggi, grazie ad un impianto fotovoltaico, si può trasformare la propria abitazione in una piccola centrale elettrica grazie ad una fonte inesauribile e non inquinante: il sole.
La soluzione è installare sul tetto o a terra un impianto fotovoltaico ed usufruire anche degli incentivi provenienti dal meccanismo di incentivazione pubblica "in conto energia". Attraverso di esso l'energia elettrica prodotta dall'impianto viene remunerata per venti anni dal Gestore dei Servizi Elettrici (GSE Spa). Sommando il risparmio energetico derivante dall'azzeramento della bolletta al guadagno ricavato dalla vendita di ogni kw prodotto dal proprio impianto si evince chiaramente che l'operazione nel medio termine (8-9 anni per ammortizzare il costo dell'impianto) risulta conveniente.
Gli impianti per la produzione di energia elettrica mediante tecnologia fotovoltaica presentano diversi vantaggi, tra i quali i più significativi sono:

• assenza di qualsiasi tipo di emissioni inquinanti;
• risparmio dei combustibili fossili;
• estrema affidabilità poiché non esistono parti in movimento (vita utile superiore a 25 anni);
• costi di manutenzione ridotti al minimo;
• modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli).

Un impianto fotovoltaico standard connesso alla rete è costituito dai componenti evidenziati nello schema in alto.

Le funzioni dei dispositivi mostrati sono le seguenti:

• i moduli fotovoltaici, elemento essenziale dell'impianto, captano la radiazione solare durante il giorno e la trasformano in energia elettrica in corrente continua;
• l' inverter, trasforma l'energia elettrica da corrente continua a corrente alternata rendendola idonea alle esigenze delle comuni apparecchiature elettriche (lampade, elettrodomestici, alimentatori, computer...);
• misuratori di energia, sono dispositivi che servono a controllare e contabilizzare la quantità di energia elettrica prodotta e scambiata con la rete.

Un impianto fotovoltaico deve essere installato con le superfici dei pannelli esposte a sud. Installazioni con esposizione verso sud-est o sud-ovest sono ammesse, prevedendo che, una volta in esercizio, l'impianto abbia una leggera perdita di produttività rispetto alla soluzione con esposizione ottimale.

Per quanto riguarda l'inclinazione dei pannelli, l'inclinazione di 30 gradi rispetto al piano è quella che in Italia permette di avere la massima produzione annua di energia. In questo caso l'incidenza di una differente inclinazione sulla potenzialità produttiva dell'impianto è minore, ad esempio se contenuta tra +/- 10 gradi può essere trascurata.
Tra le varie soluzioni che il Cliente può scegliere per installare un impianto fotovoltaico, la scelta dell'integrazione architettonica nell'edificio deputato ad accogliere l'impianto permette di ottenere un aumento dell'incentivo statale in conto energia, oltre ad un gradevole effetto estetico.