Conquistare i tetti con i micro impianti solari a concentrazione lineare

I sistemi solari a concentrazione sono utilizzati per la produzione di calore e elettricità grazie all’utilizzo di molteplici specchi, detti eliostati, che appunto ‘concentrano’ i raggi solari. Si possono raggiungere temperature molto superiori a quelle ottenibili dai classici pannelli piani, poiché la radiazione solare viene indirizzata in un’area relativamente piccola.

A causa del movimento apparente del sole nel cielo, la superficie dei collettori a concentrazione non è stazionaria, ma deve seguire il movimento giornaliero del sole per indirizzare i raggi solari verso il sistema di assorbimento. Tali sistemi hanno dimensioni notevoli, come nei grandi progetti della Spagna o della California, ma la sfida lanciata da alcune aziende è conquistare i tetti degli edifici cittadini con micro impianti a concentrazione solare.

Esistono molte tipologie di sistemi a concentrazione, ma il più promettente per la produzione di micro impianti è il concentratori lineare di Fresnel (FTM). La paternità dell’ideazione di questo sistema è attribuita allo scienziato italiano Giovanni Francia (1911-1980) ed è costituito da un campo di collettori a concentrazione lineari che riflettono la radiazione solare su un tubo ricevitore posto in posizione orizzontale fissa al di sopra dei collettori. Gli eliostati sono in grado di ruotare lungo l’asse longitudinale in modo da inseguire il moto del sole e mantenere costantemente la radiazione solare riflessa sul sistema di assorbimento. Le potenzialità di questi impianti sono legate ad alcune caratteristiche che li rendono competitivi con i concept finora più applicati:

– permettono un uso ottimale del suolo (70% contro il 33% delle parabole lineari),

– hanno costi di installazione decisamente inferiori a causa del minore impegno di materiali,

– non hanno parti in movimento al di fuori del gruppo di eliostati,

– sono facili da installare e  manutenere.

Un piccolo gruppo di nuove aziende è al lavoro per creare micro-concentratori solari in grado di essere installati in ambito urbano e riunire in un unico prodotto un sistema ibrido termico-fotovoltaico, che permetta di ridurre i costi e l’ingombro rispetto ai tradizionali pannelli fotovoltaici. Questi impianti possono avere un utilizzo molteplice dato che hanno la capacità di produrre efficacemente acqua calda, elettricità ed essere perfettamente integrati agli impianti di aria condizionata in combinazione con refrigeratori ad assorbimento (solar cooling). I primi allestimenti pilota, destinati a strutture commerciali, centri dati, ospedali, università e uffici, sono in grado di generare temperature fino a 220°C con risparmi del 20-50% rispetto agli attuali prezzi dei sistemi fotovoltaici. Ecco una lista non esaustiva di alcuni dei produttori di concentratori Fresnel lineari che operano attivamente sul mercato.

Partiamo da un produttore italiano: la Soltigua, marchio con cui dal 2007 la Laterizi Gambettola srl opera nel settore dell’energia solare. Il collettore lineare di Fresnel da loro prodotto, chiamato FTM, ha una struttura con un campo di specchi piani sormontati dal ricevitore tubulare con specchio secondario. Il collettore genera calore per potenze comprese tra 30 KW a diversi MW per temperature fino a 250°C. Grazie alla sua struttura leggera, alle dimensioni compatte ed al design altamente innovativo, FTM si propone come la soluzione ideale per le installazioni su tetto al servizio applicazioni di calore di processo industriale, solar cooling e poligenerazione. Disponibile in soluzioni componibili da 18 fino a 36 mq.

La Chromasun Inc, società americana fondata nel 2009, ha recentemente sviluppato un collettore LFR con un design assolutamente innovativo. Questo collettore, chiamato Chromasun Micro Concentrator MCT, ha l’aspetto di un collettore piano: il sistema di specchi e il ricevitore sono chiusi dentro una scatola di vetro, che rende il sistema estremamente robusto, facile da pulire e da installare, anche grazie alle dimensioni molto ridotte. Nonostante il design estremamente compatto, il rapporto di concentrazione è pari a 25 e permette di raggiungere temperature di 220°C a 40 bar di pressione. La direzione dell’asse può essere sia nord-sud che est-ovest, inoltre il collettore può essere facilmente montato su una superficie inclinata, favorendo l’estate o l’inverno, o semplicemente adattandolo alla superficie disponibile. L’assenza di parti in movimento esterne alla scatola di rivestimento, rende questi collettori particolarmente resistenti. La dimensione in pianta di un modulo è di 3.4 x 1.23 m per un’altezza di 0.32 m. Il peso è di 24 kg/mq.

La società spagnola Tecnologia Solar Concentradora SL, ha da poco realizzato un collettore solare a concentrazione, chiamato CCStaR, simile ad un riflettore lineare di Fresnel, ma con delle caratteristiche molto particolari. La caratteristica principale del collettore CCStaR è che gli specchi sono fissi, mentre l’assorbitore è mobile. Il principale vantaggio di questa configurazione è il ridotto problema dell’ombreggiamento, senza dover posizionare troppo in alto l’assorbitore. Le temperature raggiungibili con questo sistema sono di circa 200 °C con una efficienza ottica del 71,8%. Un singolo modulo ha altezza di 5.2 m e larghezza di 8.4 m per un’altezza massima del ricevitore di 1 m. il peso del collettore è di 29 kg/mq e l’orientamento può essere sia con asse nord-sud che est-ovest.

La società americana HelioDynamics Ltd, ha sviluppato due modelli di collettori LFR, diversi per dimensione e design. Il modello HD16 è disponibile in due formati, uno di dimensioni 6×6 metri e alto 3.7 m, e l’altro lungo 5.5 m, largo 12 m e alto 7.4 m. Il peso nei due formati è rispettivamente di 750 e 795 kg. È progettato per lavorare con l’asse in direzione nord-sud e raggiunge le temperature di 235 o 300 °C a seconda del formato. Il modello HD10 è invece più compatto. Non raggiunge temperature superiori ai 120 °C, ma lavora sia con asse in direzione nord-sud che est-ovest. Le sue dimensioni sono: lunghezza 6m, larghezza 4 m e altezza 2.7 m, per un peso totale del modulo di 380 kg.

La Industrial Solar GmbH, società tedesca, commercializza dal 2005 un modello di concentratore Fresnel lineare, chiamato LF-11, capace di raggiungere temperature fino ai 400 °C. Il design di questi collettori permette una loro installazione su tetto. Ogni modulo consiste in 11 file di specchi che occupano una superficie lunga 4 metri e larga 8 metri, per un’altezza di 4.5 metri. Il peso dei collettori è di circa 28 kg/mq.

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