POZZI FOTOVOLTAICI
La mia indole mi porta sempre ad interessarmi di molte cose, anche quando non ho le competenze necessarie, probabilmente è la mia formazione di architetto che mi porta a non farmi mai gli affari miei.
Seguendo una discussione sul fotovoltaico, al quale mi sono avvicinato mio malgrado per via delle nuove normative, ho iniziato a farmi domande.
La mia impressione è che l'energia solare, insieme ad un più oculato uso dell'energia, potrebbe dare un grosso contributo ai problemi energetici del pianeta, il problema è che attualmente il fotovoltaico ha grossi problemi legati ai costi ed ai rendimenti energetici. Io mi sono fatto l'idea che la ricerca in questo campo ha molto latitato, abbagliata dal costo abbastanza limitato degli idrocarburi (fino a non molti anni fa insomma) e da una miopia tipica del funzionamento del mercato, secondo il quale il business non è l'efficienza ma il consumo.
Curioso e ficcanaso come sempre mi sono informato sul funzionamento del fotovoltaico e sui limiti, i concetti in fondo sono abbastanza banali, cercherò di elencare qui i concetti principali:
- la radiazione solare può essere trasformata in energia elettrica attravero appositi moduli fotovoltaici comunemente costruiti in silicio (con alti costi) ma che possono essere costruiti anche con altri metodi più o meno evoluti, più o meno costosi
- il rendimento di questi moduli rispetto alla energia della radiazione solare è molto bassa, comunemente intorno al 10-20%
- la radiazione solare si può dividere in radiazione diretta (quella che deriva direttamente dal sole) e radiazione diffusa (che arriva da altre direzioni per effetto di riflessioni e rifrazioni da oggetti o dalla volta celeste) di diverso apporto a seconda della zona o a seconda del tipo di tecnologia
- per cercare di ottimizzare il rendimento (energia diffusa-diretta, ore del giorno, altezza del sole durante l'anno) si può scegliere di usare pannelli servo-assistiti che seguono il sole o pannelli fissi che hanno un'inclinazione particolare tipica del luogo rispetto all'orizzontale
- il rendimento del modulo soffre molto le ombre localizzate e le alte temperature, per un rendimento decente sarebbero auspicabili temperature intorno ai 20-30 gradi
A questo punto la mia mente bacata, influenzata da un'alta considerazione di me stesso ;-) , si è messa a rimuginare.
Sapendo che ci sono in commercio dei sistemi per il trasporto della luce solari negli interni, formati da un sistema captante in copertura e da un tubo con la superficie interna riflettente capace di portare i raggi luminosi (luce diretta e diffusa) all'interno tramite un funzionamento simile a quello delle fibre ottiche.
Ecco quindi la mia "idea" (se così la vogliamo chiamare) perché non utilizzare questo sistema per captare la luce solare diretta e diffusa e condurla ad un singolo modulo fotovoltaico? in questo modo non sarebbe necessario un sistema di inseguimento solare e il collettore potrebbe raccogliere la luce diffusa dalla totalità della volta celeste invece della parte visibile quando il pannello è inclinato rispetto all'orizzontale.
Senza tener conto che un ottico con qualche conoscenza più della mia potrebbe essere in grado di fare un sistema di lenti in grado di direzionare la luce in modo che i raggi risultino più "ortogonali" rispetto al modulo e quindi avere una maggiore efficienza.
L'uso ottimale di questi sistemi potrebbe essere in acque stagnanti come quelle dei laghi, delle lagune o magari all'interno degli alvei di grandi fiumi, il che permetterebbe lo sfruttamento di superfici attualmente inutilizzate, con un bassissimo impatto ambientale e.... soprattutto con un sistema di raffreddamento dei moduli incorporato.
Secondo me si tratta di una buona idea.... che ne dite?
Le stroncature sono accettate ugualmente di buon grado. ;-)
Commenti
Dicevi di energia fotovoltaica? Bene: sappiamo che, in un metro quadro di terreno, sono nascosti, potenzialmente, ben 5 Kwh in forma di luce? Equivale, più o meno, al 166% dell'energia erogata dall'ENEL in una singola abitazione. 1 solo metro quadro.
Significa che, su ogni tetto (correggimi se sbaglio, Architetto!! :) ) c'è abbastanza spazio per staccare la spina dall'ENEL definitivamente.
La grande verità è che un watt è un watt: in qualsiasi modo ve lo presentino esiste un modo per trasformarlo, magari sconosciuto.
Il mondo, in questo momento, è impegnato nell'antimateria e nella fusione a freddo, perciò non può badare a soluzioni più semplici. Eppure, non ci vuole una scienza per capire che il sole ed il vento sono (quasi) gratis. Una centrale eolica personale da 3 Kwh (l'equivalente dell'energia fornita dall'ENEL) è una realtà acquistabile ad un costo che è sicuramente irrisorio rispetto a ciò che si spenderà in bollette per una vita. I pannelli solari altrettanto. Metteli assieme e, nel sole come nella tempesta, avrete la vostra energia. Personalmente credo in questo: un impianto ibrido. Dovrebbe essere più funzionale, a naso...
Perchè non ci sono leggi che permettono di utilizzare queste forme di approvvigionamento in privato? Devo malignare? Eppure sento di Fattorie multate perchè hanno osato montare un generatore eolico...
Poi c'è il problema del silicio che assorberebbe poca energia. Ma io ci credo poco: quando vogliono, trovano soluzioni eccezionali per risolvere qualsiasi problema. Sappiamo manipolare il DNA di un ragno per ricavarne una fibra più resistente di un diamante e volete che nessuno sappia amplificare la ricettività di silicio ed affini?
E' solo questione di soldi: finchè la ricerca non sarà sufficientemente sponzorizzata, non si troverà soluzione al problema. Però chi sponsorizza l'energia solare? Le compagnie petrolifere? Maddai, non scherziamo. Lo potranno fare il WWF, Greenpeace e tutto quel genere di organizzazioni che, mediamente, non c'hanno una lira...
Concludendo dico, in merito all'idea di Archi: già gli antichi Egizi si accorsero che, con un gioco di specchi, si poteva diffondere e concentrare la luce. Non vedo per qual motivo non si possa costruire una struttura di celle fotovoltaiche simili ad un radiatore (come le testate dei monocilindri) per aumentare la superficie riducendo lo spazio; non ci vedo nulla di strano nel concentrare la luce affinchè un metro quadrato di superficie renda, effettivamente, 5 Kwh. Vedo tanta mancanza di volontà, quello sì...
Meditate.
Dal punto di vista tecnico proponi di concentrare la luce tramite "imbuti" dotati di lenti.
Il guaio è che il sole "si muove" (non me ne voglia Galileo), in particolare, di circa 180 gradi da est ad ovest durante ciascun giorno (il valore reale dipende dalla stagione e dalla latitudine).
Questo impone un limite TEORICO e NON VALICABILE alla massima concentrazione ottica ottenibile che, se si vuole catturare il sole dal mattino al tramonto, è limitata ad 1 (ovvero nessuna concentrazione).
Uni riferimento per i più curiosi
www.solfocus.com/documents/WinstonGordonOpticsLetters2005.pdf
Qualche trucco si può applicare ma comunque se non è 1 è 1,5...
Questo quindi erode il supposto vantaggio della riduzione del silicio impiegato per il sistema.
Inoltre faccio notare che questo limite teorico è altrettanto robusto quanto il secondo principio della termodinamica quindi da questo punto di vista non ci sono speranze.
Dal punto di vista economico ho avuto modo di valutare personalmente l'elevato costo dei "tubi di luce" di cui parli che li pongono essenzialmente fuori mercato rispetto ad un sistema fotovoltaico piano convenzionale.
Cordiali saluti
Marco Stefancich
Università degli Studi di Ferrara
Dipartimento di Fisica.
Tralasciando per un attimo il fatto dell'alto costo dei tubi di luce (non sono affatto convinto che abbiano un costo alto di produzione, purtroppo il costo sul mercato è dettato da tutt'altra considerazione dell'effettivo costo di produzione ma da quanto il mercato è disposto a spendere per una determinata cosa) mi piacerebbe approfondire il discorso dell'ottica.
Ho ben presente la difficoltà legata al movimento della fonte luminosa, così come ho ben presente le difficoltà legate alla riflessione superficiale di una lente, che diminuirebbero di molto l'efficacia per incidenze troppo radenti.
Questo problema però che io sappia è tipico anche dei pannelli solari piani, specie se non direzionabili.
Quello che mi ha essenzialmente guidato in questa idea è il fatto che i pannelli piani non sono in grado di sfruttare l'intera volta celeste per quel che riguarda la luce diffusa, mentre un sistema "orizzontale" sarebbe in grado di raccogliere la luce per l'intera volta celeste.
Empiricamente l'impressione è quella che durante le fasi di sole radente, la quantità di apporto energetico della radiazione diretta è molto inferiore a quella della radiazione diffusa, così nei giorni nuvolosi.
Se le lenti fossero in grado di raccogliere una maggior quantità di radiazione diffusa rispetto ad una soluzione tradizionale potrebbero apportare un miglioramento di resa anche notevole a seconda della stagione o della latidudine.
Se poi le lenti fossero in grado di raccogliere la luce diretta in maniera paragonabile alle soluzioni piane si potrebbe avere una soluzione conveniente dal punto di vista di resa.
Per il costo dei tubi, diciamo che se ne può discutere... mi piacerebbe per adesso valutarne l'effettiva convenienza di resa.
cercherò a tal proposito di fare un post più esplicativo sulle problematiche ottiche.
Personalmente, un sistema così lo userei per un solare termodinamico, più che per il FV, ma anche di questo bisognerebbe fare qualche esperimento.
Se vuoi, posta i risultati su it-alt.discussioni.bioarchitettura, è un NG a bassissimo traffico che ha bisogno di essere rivitalizzato :-)
Quanto a sante76 confondi i Kw con i Kwh e sono anni che l'installazione dei pannelli fotovoltaici è incentivata in Italia. Quoto il tuo meditate, usa la rete per informarti prima di sparare sentenze!
Il problema della concentrazione di luce non è la ridotta riflettività delle superfici riflettenti (!) per raggi radenti ma è proprio un limite geometrico.
Ovvero, se uno disegna un sistema ottico che concentra i raggi luminosi che incidono sulla sua apertura maggiore su un bersaglio (ovviamente di dimensione minore) scopre che tutto funziona bene per i raggi che arrivano paralleli all'asse ottico del sistema (definito in fase di progettazione).
Quando però i raggi arrivano con un angolo rispetto all'asse ottico si scopre che, benchè incidano sull'apertura maggiore del concentratore, per ragioni strettamente geometriche NON VENGONO INVIATI al bersaglio ma vengono spediti altrove.
Questo accade per raggi che incidano con angolo maggiore di un angolo specifico (detto di accettanza)determinato dal modo in cui è progettato il concentratore.
Tale angolo di accettanza non può tuttavia essere maggiore di un angolo teorico limite tanto più piccolo quanto maggiore è la concentrazione desiderata.
La relazione che impone il limite teorico è: C<= (1/sin(Acc))^2 in cui C è la concentrazione ed Acc è l'angolo di accettanza.
Cordialmente
Dr. Marco Stefancich
Università degli Studi di Ferrara
Non sono molto ferrato sull'argomento ottica, ma credo di aver afferrato quello che intende dire, la invito però a visitare il post POZZI FOTOVOLTAICI 2, dove cerco di dare una risposta a questo problema associando lenti e superfici riflettenti.
Mi scuso anch'io per il ritardo della risposta, però essendo il post molto "datato" non seguivo più i commenti.