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Energia solare a basso costo

Il sole fornisce grandi quantità di energia rinnovabile. Trasformare questa energia in corrente elettrica è però costoso. Grazie ad un prodotto innovativo della ditta ticinese Airlight Energy l’energia solare potrebbe presto essere più economica.

Per produrre energia elettrica a partire dal sole vi sono in linea di massima due possibilità. La prima consiste nel trasformare i raggi del sole direttamente in corrente elettrica tramite celle fotovoltaiche. La seconda consiste invece nell’utilizzare il calore del sole per creare vapore e, tramite una turbina, azionare così un generatore elettrico.

Entrambi questi metodi sono costosi: la differenza rispetto alla produzione convenzionale di energia è approssimativamente di uno a cinque. Ciò signifi ca che l’energia solare non è competitiva.
«Il nostro obiettivo è quello di sviluppare una tecnologia che ci permetta di ottenere energia elettrica dal sole a basso costo», spiega Andrea Pedretti, chief technology offi cer della ditta Airlight Energy (ALE) di Biasca. Fra le due possibilità descritte sopra la ALE ha scelto la strada del solare termodinamico.airlight_energy01


Le centrali a energia solare

Queste funzionano come le centrali termoelettriche a vapore con la differenza principale che il vapore acqueo utilizzato non viene riscaldato dal carbone, dal metano o dal petrolio, ma dal sole.

Per raggiungere le temperature necessarie alla produzione di vapore i raggi solari devono essere concentrati. La t ecnica più utilizzata in questo campo è quella appunto dei collettori solari a concentrazione.
Essi sono composti da specchi parabolici lineari lunghi fi no a 250 m.
Durante il giorno vengono fatti ruotare tramite motori in modo che rimangano sempre diretti verso il sole. I raggi solari si concentrano così sulla linea focale degli specchi andando a colpire i cosiddetti tubi ricevitori. In questi tubi, dotati di uno speciale rivestimento, scorre un olio termico che si scalda fi no a 400 gradi Celsius.
All’interno di uno scambiatore di calore l’olio crea vapore acqueo che mette in funzione una turbina a vapore collegata a un generatore elettrico.

Anche la ditta ALE utilizza il principio dei collettori solari a concentrazione, ma con tre importanti differenze che abbassano i costi.

  • La struttura portante non è composta da costoso acciaio, ma da elementi in calcestruzzo che vengono prefabricati direttamente nel cantiere tramite l’ausilio di casseri in acciaio.
  • Gli specchi parabolici non sono in vetro ma in pellicole sintetiche, più economiche ma non meno pregiate, che vengono gonfi ate con aria affi nché acquisiscano la forma voluta.
  • All’interno dei tubi ricevitori non circola un olio termico costoso e tossico, bensì aria, che può essere scaldata fi no a 600 gradi e permette così di aumentare il rendimento dell’impianto.

Se costruita in modo convenzionale, una centrale solare da 50 megawatt dotata di collettori solari a concentrazione necessita di circa 20 000 tonnellate di acciaio. Solitamente i singoli elementi devono essere trasportati su lunghe distanze dal luogo di produzione al sito della centrale. Ciò, insieme al prezzo dell’acciaio in continua crescita, contribuisce ad aumentare notevolmente i costi.

Il sistema usato da ALE è diverso: «Grazie alle casseri in acciaio, i nostri elementi in calcestruzzo possono essere prefabbricati da imprese locali direttamente presso il cantiere della centrale solare», ci illustra Pedretti. «In genere anche il materiale per la fabbricazione del calcestruzzo è disponibile localmente.» La struttura portante può così essere costruita in modo più veloce ed economico.
Poiché il cemento contiene meno energia grigia dell’acciaio, questo metodo di costruzione si rivela anche più ecologico.
I casseri possono inoltre venire riutilizzati.

Un ulteriore vantaggio degli elementi in calcestruzzo è la maggiore resistenza alle intemperie che rende meno gravosa la manutenzione. Per di più questi pesanti ma rigidi elementi contrastano meglio le raffi che di vento e, nonostante il loro peso, possono comunque essere orientati facilmente verso il sole, necessitando solo di piccoli motori elettrici.


Specchi in pellicola gonfiati ad aria

Nei collettori solari a concentrazione convenzionali gli specchi sono composti da vetro e devono essere montati con grande precisione e attenzione affi nché i raggi solari vengano convogliati esattamente sui tubi ricevitori. Il fragile vetro si rompe abbastanza facilmente a causa delle intemperie o tensioni termiche.

ALE segue una metodologia di lavoro diversa: lo specchio è composto da una pellicola in materia plastica aluminizzata e avvolta in una specie di cuscino pneumatico. In questo modo si formano due volumi d’aria, sopra e sotto il fi lm rifl ettente, che vengono gonfi ati con una leggera sovrapressione (pochi millibar). Grazie ad una piccola variazione differenziale di pressione tra le due camere la pellicola rifl ettente può assumere una forma perfettamente parabolica. La sovrapressione viene mantenuta grazie ad una soffi ante regolata elettronicamente.

Questi specchi parabolici lineari sono molto più economici di quelli in vetro, meno spor chevoli e meno soggetti a vibrazioni dovute al vento. Essi si producono e installano più velocemente degli specchi in vetro e le pellicole che li compongono sono robuste, resistenti ai raggi UV ed ignifughe.


L’aria come termovettore
Gli specchi parabolici lineari concentrano la luce del sole sui tubi ricevitori. In essi però non circolano oli termici o sali fusi come in quelli tradizionali, ma aria. Anche questa innovativa idea permette di ridurre i costi. A questo va aggiunto il fatto che l’aria, al contrario degli oli termici, può essere riscaldata a 600 gradi Celsius invece che soltanto a 400, e ciò aumenta la resa.

L’utilizzo di aria rende inoltre possibile l’impiego di un semplice ma effi cace accumulatore termico. Uno dei maggiori svantaggi delle centrali ad energia solare è il fatto che esse non forniscono energia quando il sole non c’è.
Questo problema può essere in parte risolto immagazzinando il calore in eccesso in un serbatoio per poterlo poi sfruttare più tardi. Utilizzando l’aria come termovettore questa procedura può essere svolta in modo semplice, e cioè tramite l’impiego di un serbatoio contenente ghiaia. L’aria calda viene introdotta lentamente dall’alto fra le pietre che in questo modo si scaldano. Quando il sole manca, l’aria fredda viene riscaldata facendola passare dal basso attraverso la ghiaia (vedere anche Dossier Tecnica a pag. 22).

Questo sistema di immagazzinamento è stato brevettato nel 1929 e ha già dato prova di grande effi cacia. Esso è inoltre economico e il materiale utilizzato può essere di provenienza locale.

In una centrale a energia solare da 50 megawatt con 10 000 metri cubi di ghiaia è possibile immagazzinare calore suffi - ciente per una notte. In questo caso l’impianto non funziona a piena potenza, ma il calore immagazzinato è suffi ciente per mantenere in moto il circuito del vapore.


L’energia low-tech abbassa i costi
«Per trovare un impiego sempre maggiore l’energia solare deve diventare più economica », afferma Pedretti. «Per questo utilizziamo un tipo di tecnologia semplice e a basso costo.» La pellicola utilizzata per gli specchi costa per esempio circa 75 centesimi al metro quadro, mentre i tradizionali specchi in vetro, che costano ben 22 franchi al metro quadro, sono trenta volte più cari. Per una centrale a energia solare da 50 megawatt co struita in una regione desertica, Pedretti prevede costi di produzione energetica di 10 centesimi per kilowatt ora, quasi paragonabili a quelli generati con moderni impianti a gas o nucleari.

ALE si concentra sulla produzione dei collettori; per le altre componenti necessarie ad una centrale a energia solare – scambiatori termici, turbine a vapore, generatori e condensatori – utilizza invece prodotti standard.


Già svolti i test sul terzo prototipo

ALE ha costruito il suo primo prototipo di collettore presso gli stabilimenti di Biasca nell’ottobre del 2007. Nel luglio del 2008 è seguito il secondo prototipo, mentre durante l’estate del 2009 sono iniziati i test sul terzo. Quest’ultimo misura 10 metri per 50, il che permetterebbe una potenza di 50 kilowatt elettrici. I test si limitano al collettore; ciò signifi ca che esso non è collegato ad un circuito al vapore.

Quali sono i piani immediati? «Stiamo lavorando a due progetti per la fornitura di impianti da due megawatt circa, uno destinato all’Italia e uno all’Arizona», racconta Pedretti. Grazie al lungo e intenso irraggiamento del sole questi due siti sono ideali per la costruzione di una centrale a energia solare. L’inizio della produzione commerciale di energia è previsto per il 2010.

Alexander Jacobi


La Airlight Energy Holding SA (ALE) è stata fondata nel gennaio del 2007 da cinque investitori privati svizzeri.
Dal maggio del 2007 è diventata azionista di questa ditta anche l’Azienda Elettrica Ticinese. ALE si occupa dello sfruttamento delle energie rinnovabili, in particolare dell’energia solare.
> www.airlightenergy.com

 

Fonte:
Zoom, periodico AET, I/2010