ENERGIA DAL SOLE E DALLA PIOGGIA

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Apr 122016
 

Ancora lui, il grafene, il materiale dei miracoli ricavato dalla grafite capace con la sua incredibile struttura di realizzare cambiamenti epocali in ogni campo. Lo studio e la sua applicazione questa volta arrivano dalla Cina ed esattamente dalla Ocean University of China.

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In pratica, gli scienziati hanno applicato uno strato pari allo spessore di un atomo sulla superficie di pannelli fotovoltaici riuscendo in questo modo a produrre energia anche quando la superficie è ricoperta da gocce di pioggia.

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Il grafene posto sulla superficie del vetro del pannello, riesce a scindere i vari sali contenuti nelle gocce d’acqua, sodio, calcio, ammonio, carichi positivamente riuscendo così a creare una differenza di potenziale sulla sua superficie che genera elettricità anche quando il pannello è ricoperto dalla pioggia.

Lo strato di grafene fa da filtro consentendo la scissione dei sali e il pannello, almeno in fase di prototipo è riuscito a produrre elettricità. Ancora si tratta di poca cosa, ma gli studi fanno sperare bene e l’obiettivo è quello di produrre energia elettrica direttamente dalla luce del sole  e in alternativa dalle gocce d’acqua che nelle giornate piovose ricoprono la sua superficie.

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IL SOLARE IN MAROCCO E’ RECORD

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Feb 252016
 

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Il sole non manca mai, lo spazio neanche e in questo caso pure la volontà politica ha fatto la sua parte. Sto parlando del Marocco, una delle terre più a ovest del continente africano, affacciato sull’Oceano Atlantico e caratterizzato da un territorio vario e un clima che passa da mediterraneo a desertico.

E’ proprio in una ampia zona desertica vicino alla città di Ouarzazate che è appena stato inaugurato il più grande impanto solare termico del mondo.

L’obiettivo dichiarato dal governo del Marocco, è quello di raggiungere entro il 2020 il 42% dell’energia nazionale da fonti alternative riducendo drasticamente la dipendenza del paese dai combustibili fossili e dagli altri paesi. Inoltre, l’obiettivo che il Marocco si pone è ancora più ambizioso, cioè raggiungere un abbattimento delle fonti inquinanti del 32% entro il 2030.

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L’impianto che sorge in una immensa vallata dello sterminato deserto sahariano utilizzerà differenti tecnologie per produrre energia; un sistema a specchi parabolici da 300 megawatt, un sistema a concentrazione solare da 160 megawatt e una seria di collettori parabolici a cilindro da 150 megawatt.

Il sistema, accumula il calore solare durante la giornata, quando il sole, sempre presente a queste latitudini, infuoca l’arida zona desertica. Durante la notte questo calore accumulato, viene convertito in energia attraverso l’uso di turbine a vapore. Si calcola che l’impianto produca energia per circa 20 ore al giorno e rappresenta solo l’inizio di un immenso progetto energetico che mira a rendere il Marocco totalmente indipendente energeticamente.

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Il mega impianto è stato realizzato della compagnia saudita ACWA Power, specializzata nella costruzione di impianti del genere.

GUARDA I VIDEO:
//www.youtube.com/watch?v=8GFsg34zsLU
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PEARL RIVER TOWER il primo edificio a ENERGIA ZERO

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Ago 192012
 

Torniamo a parlare di architettura, ma quella con la A maiuscola. Oggi è la volta di un edificio realizzato nella prefettura di Guangzhou in Cina. L’edificio in questione è il PEARL RIVER TOWER, ossia la torre sul fiume Pearl sul quale si affaccia. Ma la caratteristica unica di questo edificio non sta certamente nel nome. La progettazione affidata all’ultra premiato ed affermato team SOM ossia Skidmore, Owings e Merrill con sede in Florida (Stati Uniti).

La Pearl Tower può oggi definirsi come l’avanguardia nella progettazione architettonica. I progettisti nella sua realizzazione hanno cercato di costruire il primo edificio eco-sostenibile al mondo, ossia un edificio che produce tanta energia quanta ne consuma. Non ci sono riusciti fino in fondo, ma la realizzazione ha comunque garantito loro il primato in questa direzione, ponendo la Pearl Tower come il punto di riferimento per un ulteriore miglioramento progettuale.

La Pearl River Tower sorge su una superficie di 214.000 metri quadrati ed è alta 309 metri per 71 piani.  Il committente è la Guangdong Cntc Company di Guangzhou e lo studio e la realizzazione sono stati possibili grazie alla collaborazione della Guangzhou Pearl River Engineering Construction Supervision Corporation e con il Guangzhou Design Institute. La progettazione è stata lunga, proprio perché l’edificio poneva degli obiettivi importanti. Trovare la forma, il modo di realizzare un edificio in grado di autoalimentarsi ed essere al tempo stesso bio-compatibile, non era cosa da poco. I designer sono riusciti nell’intento realizzando un’architettura avveniristica dalle forme innovative e ardite. Gli stessi progettisti, hanno affermato che l’edificio è talmente legato all’ambiente nel quale è costruito che la sua forma, tecnologia, altezza sarebbero state differenti se fosse sorto in un lotto diverso da quello in cui è costruito. Questa elegantissima torre, sfrutta alcune forme di energia alternativa, massimizzandone i risultati. Le grandi fessure lungo la sua suoperficie incanalano il vento e lo domano. Infatti, il vento prevalente che investe l’edificio, canalizzato al loro interno trova delle turbine eoliche particolari disposte in verticale in grado di sfruttare il vento proveniente da ogni direzione e inoltre, annulla l’effetto turbine che un edificio completamente chiuso genera al suo intorno, correnti che lo fanno oscillare.

Ma le meraviglie ingegneristiche non finiscono qui. Le superfici laterali e la cupola sommiate, sono ricoperte di pannelli solari che raccolgono la maggior parte dei raggi solari convertendoli in energia elettrica che attiva i sistemi di raffreddamenti, riscaldamento e ventilazione all’interno dell’edificio.

La Pearl Tower è l’edificio al mondo con la più ampia parete a doppia vetratura. I due vetri con caratteristiche differenti annullano il 70% del calore prodotto dal sole e un sistema di oscuranti posto al loro interno, azionato da un computer che controlla il grado di illuminamento sulla parete in ogni momento della giornata, permettono di ottenere sempre la quantità di luce ottimale.

Anche gli ascensori sono incredibili. Sono infatti 29 e sono dotati di un sistema per cui, durante la salita e la discesa di notte e il movimento senza passeggeri di giorno, consente loro di produrre energia per autoalimentarsi senza richiedere ulteriore energia all’edificio.

Le stanze sono dotate di un sistema di controsoffittatura refrigerato che annulla la sensazione di calore all’interno dell’edificio. Un sistema di ventilazione permette un solo ricircolo d’aria all’interno dell’edificio al fine di garantire la qualità dell’aria respirata.

La ventilazione avviene dal basso attraverso delle ventole disposte sul pavimento in modo da minimizzare i consumi energetici.

Il consumo di energia è diminuito anche massimizzando l’illuminazione naturale giornaliera, conservando l’acqua piovana per il consumo da parte dei sistemi HVAC e utilizzando il calore solare per ottenere acqua calda. Colonne di sfiato, dissipatori di calore e lastre di raffreddamento operano per raffreddare l’edificio.

HVAC è un acronimo inglese che sta per Heating, Ventilation and Air Conditioning, ovvero riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria. ]

Come potete ben comprendere, la Pearl Tower rappresenta la massimizzazione della progettazione eco-sostenibile. Rappresenta un traguardo, ma anche un punto di partenza per l’architettura del futuro. Forma, dimensioni, tecnologie, materiali, tutto è pensato per ottenere il miglior risultato nella direzione dell’ambiente.

Purtroppo la Pearl RIver Tower non è riuscita nell’intento ambizioso di essere il primo edificio che si autoalimenta a causa di un problema burocratico che in Cina impedisce lo scambio dell’energia tra rete nazionale e produzione privata, ciò che invece sta accadendo regolarmente in Italia, però il risultato è comunque di straordinaria importanza.

Vedremo quale altro edificio della Terra si spingerà oltre.

PLANETSOLAR con il SOLARE si può

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Ago 172012
 

Qualcuno di voi, forse si ricorderà che il 27 settembre 2010, è partita una grande avventura intorno al mondo, ma anche una grande avventura per l’umanità. Infatti, dal porto di Kiel in Germania, dove tra l’altro è stato costruito, ha preso il mare il PlanetSolar, il primo catamarano al mondo ad esclusiva energia solare. La sua grande superficie del battello svizzero, è totalmente ricoperta da pannelli solari (38.000) ed alimentato, quindi, solo dal Sole, quindi a impatto zero. Il progetto nato da un sogno di Yverdon Raphael Domjan ha avuto inizio nel 2004 e prevedeva di circumnavigare la Terra alimentando il catamarano con la sola energia del Sole. 585 giorni di navigazione tra mari tranquilli e luoghi molto pericolosi come il Golfo di Aden tristemente noto perché i pirati sequestrano le navi cargo. Il 4 maggio alle ore 14:00 è giunto alla fine un viaggio infinito lungo 60.000km che ha toccato 28 nazioni diverse e stabilito un’infinità di records. Il progetto è stato possibile grazie al contributo di un facoltoso armatore tedesco che ha investito ingenti capitali nel vascello ecofuturista pesante ben 95 tonnellate.

Il percorso del PlanetSolar

Raphael Domjan ha dimostrato con questo viaggio ai paesi sviluppati che abbiamo le tecnologie adatte a sostituire gli inquinanti combustibili fossili e utilizzare valide energie alternative. Lo scopo era quello di arrivare al porto del Principato di Monaco con le batterie cariche al 92% pari all’energia disponibile al momento della partenza, avendo traversato il mondo non inquinando e non spendendo nulla se non la fonte inesauribile e gratuita del Sole. Dalla Svizzera lo stesso Domjan ha commentato: “Abbiamo dimostrato che abbiamo le tecnologie e le conoscenze necessarie per diventare sostenibili e salvaguardare il nostro pianeta blu“.

La parola adesso passa ai capi di stato e a chi prende le decisioni in merito. Noi staremo a guardare e riferiremo non appena sapremo qualcosa.

SOLAR WRITING un’eccellenza tutta catanese

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Mag 282012
 

A volte abbiamo vicino a noi delle incredibili realtà e nemmeno lo sappiamo perché poco pubblicizzate e non sponsorizzate o semplicemente perché le cerchiamo lontano. L’altro giorno, mi sono imbattuto in un articolo su internet che ha attirato la mia attenzione perché parlava di tecnologia e Catania. Ho scoperto con mio stupore che nella nostra città, si tiene annualmente e quest’anno cadeva tra il 25 e il 27 maggio, un evento denominato “Start Up Weekend Catania” che riunisce al Beasy Bureau sviluppatori, designer, esperti di business e investitori.

Tra i progetti e le invenzioni presentate all’evento la più importante è sicuramente quella di tre giovani ricercatori catanesi, Giuseppe Suriani, Salvatore Bagiante e Michele Corselli, che stanno registrando un brevetto innovativo per la realizzazione di una pellicola, applicabile anche ai vestiti che, funge da caricatore per devices elettronici. Si tratta di un caricatore solare dello spessore di un foglio utile a ricaricare, in qualunque luogo, dispositivi quali smartphone, tablet  e lettori mp3. Il progetto, diffuso dai tre in versione preliminare, prende il nome di SOLAR WRITING e si tratta di sottilissime celle fotovoltaiche, flessibili e leggere che si ricaricano di energia semplicemente con l’esposizione al sole. Questa pellicola, si può sovrapporre quasi come un adesivo ai tessuti di qualunque capo di abbigliamento, oltre che a zaini e cartelle. L’obiettivo, come descritto dagli stessi autori, è rendersi energeticamente indipendenti da fili, prese, e caricabatterie ingombranti e pesanti. Adesivi low cost che ricaricano il telefonino all’infinito, tutte le volte che si vuole, avendo bisogno soltanto di una buona giornata limpida. “Solar Writing – aggiungono i tre inventori catanesi – ha bisogno solo di qualche ora di carica alla luce del sole, e per l’Mp3 appena di un’ora e mezza. Il design è una delle caratteristiche che stiamo sviluppando, perchè di solito tecnologia e moda si sposano difficilmente e invece noi vogliamo dare molta attenzione alla forma”.


Giuseppe e Michele sono ingegneri microelettronici, Salvatore un fisico esperto nella scienza dei materiali. Insieme hanno fondato una start-up, la “eRALOS3”, che ha vinto riconoscimenti internazionali come “Mind the Bridge Business Plan Competition”, e il primo premio “Wind Business Factor”.

Auguriamo anche noi di educazionetecnica.com tanta fortuna a questi giovani ragazzi che nonostante il periodo hanno comunque deciso di investire e lavorare in Italia e soprattutto al sud. Questo conferma che se si hanno delle buone idee, queste sono valide in ogni parte del mondo.

FOTOVOLTAICO e SOLARE a bassa temperatura

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Feb 152012
 

L’energia che sprigiona il Sole può essere utilizzata anche attraverso metodi diversi dalle centrali a concentrazione e per finalità diverse dalla produzione di energia elettrica. Diversi sistemi sono in studio e alcuni ormai sono giunti a maturazione e trovano impiego nelle nostre case e città. Tra queste tecnologie, possiamo citare i pannelli solari per la produzione di calore a bassa temperatura e gli impianti fotovoltaici che trasformano direttamente l’Energia Radiante del Sole in energia elettrica.

PANNELLI SOLARI

Schema di Impianto a Pannelli Solari

I pannelli solari, funzionano essenzialmente per la produzione di calore a bassa temperatura e sfruttano il principio dell’effetto serra. Una piastra captante metallica, raccoglie l’Energia Solare e inizia ad emettere calore (Energia Termica).

Quale forma di ENERGIA sfruttiamo in un impianto a Pannelli Solari?

Come sono fatti gli IMPIANTI A PANNELLI SOLARI?

Gli impianti solari termici utilizzati sono di due tipi:

  • a circolazione naturale;
  • a circolazione forzata.

Gli impianti a circolazione naturale sono sistemi monoblocco a circuito chiuso, che funzionano senza necessità di pompe né di componenti elettrici. Sono costituiti da un collettore solare esposto alle radiazioni solari, all’interno del quale l’acqua si scalda e sale per convezione (effetto termosifone) verso il serbatoio, confluendo quindi nel circuito domestico.

Gli impianti a circolazione forzata hanno il serbatoio montato separatamente (nel sottotetto o nel locale caldaia) e il liquido del circuito primario è spinto da una pompa. La pompa di circolazione viene messa in moto da una centralina elettronica che confronta le temperature dei collettori e dell’acqua nel serbatoio di accumulo rilevata da apposite sonde.

Impianto a Circolazione Naturale Impianto a Circolazione Forzata

I componenti principali di un sistema a Pannelli Solari termici sono:

  1. pannello solare;
  2. serbatoio di accumulo dell’acqua calda;
  3. pompa (solo nei sistemi a circolazione forzata);
  4. centralina elettronica;
  5. collegamenti idraulici ed elettrici.

PANNELLO SOLARE – possono essere raggruppati in 2 tipi principali: con tubi sottovuoto, oppure vetrati. Esistono, comunque, molte varianti come ad esempio pannelli ad aria, pannelli scoperti, a cupola.

  • Pannelli solari sottovuoto – si presentano come tubi di vetro, al cui interno viene tolta tutta l’aria possibile creando il vuoto, in modo che venga impedita la cessione del calore (effetto Thermos). All’interno viene posto un elemento assorbitore di calore, per lo più un tubo di rame, e vengono  denominati “tubi heat-pipe“. In alcune versioni a circolazione naturale all’interno del tubo può circolare direttamente l’acqua da riscaldare. Questo tipo di pannelli ha un ottimo rendimento in tutti i mesi dell’anno e sono adatti ad essere installati anche in condizioni climatiche molto rigide: quindi indicati nel nord Italia, così come al sud.
Schema Pannello Heat-Pipe Pannello Heat-Pipe
  • Pannelli solari vetrati – sono storicamente i primi apparsi sul mercato. Sono composti da un vetro trasparente alla luce del sole, ma opaco ai raggi infrarossi, che sono così trattenuti all’interno. I raggi del sole, che raggiungono la parte interna del pannello, lo scaldano e il calore viene trattenuto all’interno (effetto serra). La superficie di questi pannelli può essere, o meno, trattata con prodotti che ne migliorano il rendimento (ossia la capacità di “trattenere” i raggi). Può, inoltre, essere presente un serbatoio di accumulo integrato, oppure un accumulo separato, più indicato per le località particolarmente rigide.
Schema Pannello Solare a Vetro Pannello Solare a Vetro

Serbatoio, pompa, centralina elettronica e collegamenti idraulici e elettrici sono gli elementi che completano un impianto solare termico a bassa temperatura.

FOTOVOLTAICO

Il sistema fotovoltaico è un insieme di componenti meccanici, elettrici ed elettronici che permettono di captare l’Energia Solare e di trasformarla in Energia Elettrica. Questo avviene sfruttando un fenomeno fisico, noto come effetto fotovoltaico, cioè la capacità di alcuni materiali semiconduttori (normalmente silicio) di generare elettricità quando esposti alla Radiazione Luminosa.

Quale forma di ENERGIA sfruttiamo in un impianto fotovoltaico?

Quando i fotoni (unità elementare, priva di carica elettrica e di massa, che si propaga esattamente alla velocità della luce) colpiscono una cella fotovoltaica, una parte di energia è assorbita dal materiale (silicio drogato) e alcuni elettroni, scalzati dalla loro posizione, scorrono attraverso il materiale producendo una corrente continua che può essere raccolta sulle superfici della cella.

Com’è fatto un IMPIANTO FOTOVOLTAICO?

Gli impianti fotovoltaici possono essere suddivisi in due categorie: quelli connessi alla rete elettrica (grid-connected) e quelli isolati (stand-alone). Nei primi, la corrente generata viene inviata ad un convertitore (inverter) dal quale esce sotto forma di corrente alternata, tale da poter essere poi trasformata in corrente a media tensione dal trasformatore, prima di essere immessa nella linea di distribuzione. I secondi invece sono in genere dotati di accumulo e possono essere senza o con inverter. Il sistema di immagazzinamento è necessario per garantire la continuità dell’erogazione anche nei momenti in cui non viene prodotta. Questo avviene mediante accumulatori elettrochimici (batterie).

Schema di Impianto Fotovoltaico

Nel sistema grid-connected non è previsto un sistema di accumulo in quanto l’energia prodotta durante le ore di insolazione viene immessa nella rete elettrica; viceversa, durante le ore di insolazione scarsa o nulla il carico viene alimentato dalla rete.

Un Impianto Fotovoltaico è costituito dai seguenti elementi:

  1. celle fotovoltaiche;
  2. inverter;
  3. contatore energia prodotta (GSE);
  4. contatore energia scambiata (bidirezionale).

CELLA FOTOVOLTAICA – è un diodo (componente elettronico che consente il passaggio della corrente in una direzione e ne impedisce il passaggio in quella opposta) di grande superficie che, esposto ai raggi del sole, converte la Radiazione Solare in elettricità. La cella si comporta come una minuscola batteria e produce una corrente di 3 Ampere con una tensione di 0,5 Volt, quindi una potenza che sfiora 1,5 Watt.

Schema di funzionamento di una cella di silicio

Sono di colore blu scuro a causa dell’ossido di titanio presente nel rivestimento antiriflettente, fondamentale per massimizzare la captazione dell’irraggiamento solare. La loro forma è quasi sempre quadrata o circolare e le misure variano dai 10cm x 10cm ai 15cm x 15cm. Sono costituite principalmente da silicio,  arsenuro di gallio e telloluro di cadmio, tutti semimetalli. Il flusso di elettroni è orientato, ossia fluisce in una determinata direzione, all’interno della cella; su questa sono sovrapposti altri due strati di silicio (tipo n e tipo p), trattati ognuno con un particolare elemento chimico (operazione detta di drogaggio), fosforo e boro. Di tutta l’energia che investe la cella solare sotto forma di radiazione luminosa, solo una parte viene convertita in energia elettrica. L’efficienza di conversione delle celle commerciali al silicio è compresa tra il 10% e il 20%.

Cella fotovoltaica Celle ultrasottili

Il fotovoltaico può essere usato anche per realizzare delle centrali per la produzione di energia elettrica. In questo caso, bisognerà collegare in serie o in parallelo, più celle fotovoltaiche tra di loro.

Campo fotovoltaico

Sapendo che ogni cella produce circa 1,5W di potenza elettrica, basterà conoscere il consumo dell’area da servire per stabilire quante celle dovranno essere collegate tra loro per fornire l’energia necessaria. Per stabilire queste connessioni e renderle fattibili, le celle vengono combinate tra di loro in strutture regolari sempre più grandi che prendono i seguenti nomi (vedi schema sopra):

  • modulo;
  • pannello;
  • stringa;
  • campo.

MODULO – i più comuni sono costituiti da 36 o 72 celle. Queste sono assemblate fra uno strato superiore di vetro e uno strato inferiore di materiale plastico (il tedlar) e racchiuse da una cornice di alluminio. Nella parte posteriore del modulo è collocata una scatola di giunzione in cui vengono alloggiati i diodi e i contatti elettrici. Il modulo fotovoltaico ha una dimensione di circa mezzo metro quadro e le taglie normalmente in commercio vanno da 100 a 300 Watt di potenza.

Struttura di un pannello fotovoltaico

PANNELLO – è un insieme di più moduli collegati in serie o in parallelo su una struttura rigida.

STRINGA – per fornire la tensione richiesta, più moduli o più pannelli, possono essere collegati elettricamente in serie costituendo una stringa.

CAMPO – è un collegamento elettrico di più stringhe. Nella fase di progettazione devono essere effettuate alcune scelte determinanti. Innanzitutto bisogna scegliere tra una configurazione in serie o una in parallelo dei moduli.

Collegamento in Serie Collegamento in Parallelo

La distanza minima fra le file di pannelli non può essere casuale ma deve essere fatta in modo da evitare che l’ombra della fila anteriore possa coprire quella immediatamente posteriore. È quindi necessario calcolare la distanza minima tra le file in funzione dell’altezza dei pannelli, della latitudine del luogo e dell’angolo di inclinazione dei pannelli.

Pannello fotovoltaico Stringa fotovoltaica Campo fotovoltaico

INVERTER –  i pannelli fotovoltaici generano corrente di tipo continuo. Il sistema di distribuzione dell’energia nazionale avviene, invece, in corrente alternata. Per questo motivo, viene installato un dispositivo elettronico chiamato inverter, capace di trasformare l’energia elettrica da continua ad alternata. A questo punto, per rendere la corrente prodotta da una centrale fotovoltaica idonea alle utenze da servire, bisogna installare una serie di dispositivi che prendono il nome di B.O.S. (Balance of System) che comprendono, oltre all’inverter, il trasformatore, i quadri elettrici e i sistemi ausiliari di centrale.

CONTATORE ENERGIA PRODOTTA (GSE) – serve a misurare l’energia prodotta giornalmente dall’impianto. Questo dispositivo è essenziale per capire quanto si sta guadagnando dalla produzione di energia del proprio impianto fotovoltaico. I  dati di questo contatore vengono periodicamente trasmessi al Gestore dei Servizi Elettrici (GSE) il quale li elabora e calcola l’incentivo totale sull’energia prodotta.

CONTATORE ENERGIA SCAMBIATA (bidirezionale) – questo strumento elettronico, serve nel momento in cui il nostro impianto fotovoltaico produce più energia di quanto l’utenza ne possa consumare. Allora serve un secondo contatore che consenta il passaggio di un flusso di energia elettrica dall’impianto fotovoltaico verso la rete pubblica (flusso uscente). Tale contatore garantisce, inoltre, il flusso di corrente in senso opposto (flusso entrante) nei momenti in cui l’impianto fotovoltaico non è in grado di sopperire alle esigenze dei carichi elettrici (ad esempio nelle ore notturne o in assenza di Sole).

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Le FORME e le FONTI di ENERGIA

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Dic 302011
 
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Cos’è l’energia. Utilizziamo energia tutti i giorni, viviamo per mezzo dell’energia, ci nutriamo di energia, tutto ciò che conosciamo funziona per mezzo dell’energia in tutte le sue forme ed aspetti. Ma, cos’è l’energia. Vediamo di capire cosa si nasconde sotto una delle parole più utilizzate nel lessico corrente.

FulmineInnanzitutto diciamo che la parola deriva dal greco energheia e assume il suo significato attuale solo dopo gli studi di Keplero.

Si definisce energia l’attitudine di un sistema o di un corpo a compiere un determinato lavoro la cui unità di misura nel Sistema Internazionale è il Joule. L’energia può presentarsi sotto diverse forme: potenziale, cinetica, termica, solare, nucleare, ecc. L’energia è una proprietà della materia ed è strettamente legata ai concetti di lavoro e di forza. Una forza applicata ad un corpo compie un lavoro se ne provoca lo spostamento. Chiamiamo la forza F; se la sua direzione, quando è applicata a un corpo, è uguale alla direzione dello spostamento, che definiremo s, il lavoro L si ottiene dal seguente prodotto:

 Lavoro = Forza x Spostamento 

Di conseguenza possiamo definire “l’energia come la misura del lavoro che un corpo è in grado di compiere“.

Un altro passo fondamentale da compiere per comprendere come l’energia si manifesta nel mondo da noi conosciuto è quello di prendere in considerazione il principio che dice: “l’energia si trasforma, non viene né creata, né distrutta”. In pratica questo  postulato, afferma una cosa semplicissima e cioè che, l’energia può essere trasferita da un corpo a un altro oppure passare da uno stato all’altro, tuttavia la somma totale dell’energia prima e dopo la trasformazione è sempre la stessa. Questo prende il nome di “Principio di Conservazione dell’Energia“.

Questo postulato, ci fa comprendere come qualunque cosa noi facciamo, non contribuiamo mai, ne a creare ne a distruggere energia; sfruttiamo solo in un determinato momento o in una determinata azione l’energia in una delle sue forme conosciute, per realizzare un lavoro. Facciamo, cioè, passare l’energia da uno stato ad un altro: ad esempio usiamo l’energia nella sua forma chimica (il cibo) per far correre il nostro corpo lungo un viale, trasformando l’energia in esso contenuta in energia cinetica (movimento).

Vediamo in quali forme l’energia può manifestarsi:

FORME DELL’ENERGIA
ENERGIA POTENZIALE

L’energia potenziale è quella che un corpo “potenzialmente” conserva dentro di se ed è associata alla sua posizione e su come influiscono su di esso le forze generate da altri corpi.

Esempio: un vaso poggiato su di un tavolo, mantiene la sua posizione in virtù della forza gravitazionale terrestre. Quindi, possiede un’energia (potenziale) che lo tiene fermo ed è massima finché questa condizione non muta. Se una forza agisce contro di esso, ad esempio una mano spinge il vaso fuori dal tavolo, questo subisce la forza di attrazione terrestre ed accusa uno spostamento verso il basso. L’energia potenziale che il vaso possedeva, diminuisce trasformandosi in energia cinetica, ossia di movimento.

L’energia potenziale si esprime con la seguente formula: Ep = m*g*h dove m=massa, g=forza di gravità e h=altezza.

ENERGIA CINETICA

L’aggettivo “cinetica”, deriva dal sostantivo greco “kinesis”, che significa letteralmente “movimento”. L’energia cinetica è dunque l’energia posseduta da un corpo a causa del suo movimento. E’ in pratica il lavoro che si deve compiere per far muovere un corpo, inizialmente fermo, ad una determinata velocità di movimento. L’energia cinetica è determinata dalla massa del corpo e dalla velocità di movimento. L’energia cinetica si distinguere in due tipologie:

  • traslazionale quando il movimento è lo spostamento del corpo stesso (es. auto in corsa);
  • rotazionale quando il movimento è di rotazione (es. ruota di una bicicletta).
ENERGIA ELASTICA

L’energia elastica è il lavoro compiuto da un corpo elastico che viene deformato dalle forze esterne. Al termine dell’azione delle forze esterne il corpo riprende la sua configurazione e forma iniziale. Il corpo elastico possiede una energia immagazinata tramite la quale riesce sempre a tornare alla sua forma iniziale (es. molla).

ENERGIA CHIMICA

L’energia chimica è sviluppata o assorbita nel corso di una trasformazione chimica (reazione chimica). E’ la conseguenza della rottura dei legami tra gli atomi delle molecole che si spezzano e della formazione dei legami tra le molecole che si formano. Un esempio è la digestione del cibo nel nostro corpo o la combustione di un idrocarburo all’interno di una centrale termoelettrica.

ENERGIA MECCANICA

L’energia meccanica si può presentare in forma di energia cinetica, potenziale o elastica. E’ quella forma di energia che viene sviluppata da un meccanismo sottoposto a un lavoro per effetto di una delle condizioni precedenti.

ENERGIA EOLICA

L’energia eolica è una fonte di energia ottenuta tramite lo sfruttamento dell’energia cinetica del vento. L’energia eolica è utilizzata dall’uomo fin dall’antichità. Basti ricordare, ad esempio, la navigazione a vela, utilizzata dall’uomo per solcare mari e oceani. L’energia eolica è considerata una fonte di energia pulita, infatti non produce inquinamento o emissioni di gas serra.

ENERGIA NUCLEARE

L’energia nucleare è una fonte di energia derivata dalla forza che tiene insieme il nucleo di un atomo. La rottura del nucleo degli atomi, attraverso il processo di fissione, rilascia una elevata quantità di energia. Lo sfruttamento dell’energia nucleare consiste in una fissione controllata in grado di sfruttare l’energia termica rilasciata dalla separazione degli atomi. Lo stesso accade nel processo di fusione di due atomi. Con il termine energia nucleare si intende il legame che tiene uniti i neutroni ed i protoni del nucleo di un atomo.

ENERGIA TERMICA

L’energia termica è il calore che viene generato dal moto degli atomi e delle molecole all’interno di un corpo. Quando un corpo viene scaldato aumenta il moto, le vibrazioni e le collisioni degli atomi. L’eccitazione degli atomi è fonte di energia termica. L’energia termica è posseduta da qualsiasi corpo che abbia una temperatura superiore allo zero assoluto. L’energia termica si può sviluppare attraverso differenti meccanismi di passaggio dell’energia. Queste tipologie sono tre e sono:

  • Conduzione. Per conduzione si verifica il passaggio di energia termica tra sistemi solidi o al loro interno.
  • Convezione. Per convezione si verifica il passaggio di energia termica tra sistemi fluidi.
  • Irraggiamento. Per irraggiamento di verifica il passaggio di energia termica attraverso emissione di onde elettromagnetiche luminose ed infrarosse. L’energia termica del sole arriva sulla terra per effetto di irraggiamento.
ENERGIA SOLARE

L’energia solare è l’energia proveniente dal Sole. Il Sole irraggia il nostro pianeta per una potenza di circa 180 mila miliardi di kilowatt. Una parte dei raggi solari viene riflessa dall’atmosfera terrestre verso lo spazio esterno. Complessivamente, giunge fino alla superficie terrestre circa 1 kilowatt di energia solare per metro quadro. L’energia solare è alla base dell’origine dell’energia sulla Terra.

ENERGIA ELETTRICA

L’energia elettrica è l’energia associata all’elettricità. Il termine è utilizzato per indicare sia l’energia di una corrente che per l’energia elettrostatica derivante da una particolare distribuzione delle cariche in un corpo. In natura il fenomeno si sviluppa nei fulmini durante i temporali. E’ difficile da accumulare, ma ha il vantaggio di essere facilmente trasportabile e trasformabile.

ENERGIA DAI RIFIUTI

L’energia dai rifiuti è generata tramite la combustione dei rifiuti solidi urbani in speciali inceneritori di termovalorizzazione. Possono essere avviati alla termovalorizzazione soltanto i rifiuti contenenti materiali derivati dal petrolio (plastiche, gomme, ecc.) e privi di frazioni organiche. L’energia da rifiuti è fortemente legata alla raccolta differenziata che permette di distinguere le diverse tipologie dei rifiuti. I rifiuti solidi urbani privi di frazioni organiche sono trattati mediante processi chimico-fisici per produrre il combustibile da rifiuti (CDR).

ENERGIA SONORA

L’energia sonora è l’energia delle vibrazioni meccaniche che si propagano da una sorgente sonora in tutte le direzioni sotto forma di onde dette elastiche. Queste onde producono delle perturbazioni nella densità dell’aria e dei corpi circostanti.

ENERGIA RADIANTE

L’energia radiante viene emessa dai corpi sotto forma di irradiazioni di onde elettromagnetiche. L’irradiamento può essere emesso dal corpo in modo spontaneo o in particolari condizioni di sollecito. Le principali forme di energia radiante sono:

  • radiazioni luminose (luce, ultravioletto, infrarosso);
  • raggi X;
  • raggi gamma;
  • onde radio.
FONTI DI ENERGIA

Mentre la forma è il modo in cui l’energia si manifesta, le fonti rappresentano l’origine da cui l’energia viene acquisita, ossia la sorgente. Tra queste la più importante è il Sole perché da esso dipendono molte altre fonti sul nostro pianeta che altrimenti non esisterebbero neppure come il vento, l’acqua, la fotosintesi.

Altre ancora non dipendono direttamente dal Sole, come l’energia nucleare e l’energia geotermica, alcune sono esauribili come i combustibili fossili, altre inesauribili come vento sole e acqua.

Le principali fonti di energia sono:

  • sole;
  • acqua;
  • atomo;
  • vento;
  • combustibili fossili (carbone, petrolio, metano);
  • geotermia;
  • rifiuti;
  • idrogeno;
  • nuove fonti.

Queste fonti vengono definite primarie perché l’energia è trasformabile direttamente da esse, mentre una fonte viene definita secondaria quando è ottenuta per trasformazione da un’altra fonte, come ad esempio l’elettricità.

Infine, definiremo riserve tutti quelle fonti note, di cui conosciamo dislocazione e quantità, cioè che sono quantificabili e misurabili, e disponiamo delle tecnologie utili a sfruttarle.

Es. i pozzi petroliferi noti consentono di prevedere in base all’attuale ritmo di sfruttamento, per quanto tempo ancora avremo riserve utilizzabili prima del loro esaurimento.

Si definiscono, invece, risorse quelle fonti non conosciute perché non ancora scoperte o per le quali non abbiamo tecnologie idonee a sfruttarle.

Es. giacimenti petroliferi non ancora scoperti che potrebbero allungare il tempo di sfruttamento di questa fonte o come nel caso della fusione a freddo, l’incapacità tecnica di realizzarla con le conoscenze attuali.

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SOLAR IMPULSE il primo volo a energia solare

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Ott 082011
 

Forse ci siamo. Il 13 maggio 2011 alle ore 10:40 da Payerne in Svizzera, è decollato il primo aereo al mondo alimentato esclusivamente da celle fotovoltaiche, il SOLAR IMPULSE. 11628 celle montate sulle ali e sulla coda, a realizzare quasi una pelle artificiale che inguaina la struttura portante dell’aereo. La velocità raggiunta da questo velivolo è di circa 60Km/h e ha raggiunto l’altezza massima di 3800m.

Bertrand Piccard

L’aereo è stato progettato da Bertrand Piccard, uno scienziato che lavora per il Politecnico Federale di Losanna in Svizzera.

Il progetto è stato realizzato secondo una scansione temporale precisa che è iniziata nel 2003. Nei successivi anni, tra il 2004 e il 2006 è stato sviluppato il concept, poi è stato realizzato il prototipo denominato Hb-Sia lungo circa 61 metri. A questo punto, nel 2010 è stato effettuato il primo test e il primo volo. Seguiranno ulteriori sperimentazioni con la realizzazione di un aereo ancora più grande (80 metri di apertura alare) e con cabina pressurizzata che consentirà di ospitare persone al suo interno e di effettuare il volo trans-oceanico, ossia di attraversare l’Atlantico alla volta degli Stati Uniti. Il decollo è previsto per il 2012 con un voli sull’equatore con 5 scali per effettuare il cambio di pilota. Ogni tratta durerà 3 o 4 giorni considerando il tempo di resistenza di ogni pilota.

La riduzione del peso delle batterie, consentirà in seguito di aggiungere un pilota per voli ancora più lunghi e non stop con obiettivo il giro del mondo. Questo prototipo, con apertura alare di 80m, pari a quella dell’Airbus A380 avrà le ali avvolte da una sottile ed elastica pellicola di celle fotovoltaiche in grado di assorbire i colpi e le distorsioni del volo. Il velivolo peserà circa 2 tonnellate.

Comunque, questo volo inaugurale, è partito alle ore 10:30 circa dall’aeroporto militare di Payerne, nel Canton Vaud, ed è atterrato allo stesso scalo dopo 87 minuti di volo alla velocità di crociera di 70Km/h e ad un’altitudine di 1200 metri.

Markus Scherdel, che lo ha pilotato, ha affermato che ancora resta molto da fare, ma che questo volo rappresenta un enorme passo avanti verso la concretizzazione del progetto e la realizzazione della visione che, premonizza un ampio e diffuso impiego delle energie rinnovabili in ogni campo della teknica.

Non ci resta che seguire l’evoluzione di questo progetto e sperare che questo possa concretizzarsi e chissà, forse saremo testimoni di un’aviazione a energia solare?

Solar Impulse in decollo

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