Fotovoltaico a concentrazione: prezzi e funzionamento impianti

Fotovoltaico a concentrazione: prezzi e funzionamento impianti

Il fotovoltaico a concentrazione è  una nuova generazione di pannelli fotovoltaici che sfruttano specchi o lenti per concentrare i raggi del sole in un apposita area in cui è contenuto del liquido e che ad altre temperature viene utilizzato per generare vapore. Il vapore viene poi convogliato verso delle turbine che girando generano energia elettrica. 

I pannelli a concentrazione possono essere divisi in due grandi gruppi,  in base a dove il collettore solare concentra i raggi del sole
Gli impianti che concentrano i raggi in una linea, in questo caso i raggi solari vengono dirottati su di una linea che solitamente percorre per l’intera lunghezza il pannello stesso.
Fanno parte di questa categoria:

  • Collettori lineari a specchi parabolici
  • Pannelli lineari Fresnel

oppure quelli che concentrano i raggi in un punto, in questo caso i raggi solari vengono convogliati in un unico punto in cui si ottengono più alte temperature rispetto agli impianti a linea.
Fanno parte di questo tipo di categoria

  • La torre solare
  • I pannelli Dish Stirling (simili alle parabole televisive)

Ma vediamo in dettaglio i singoli sistemi.

Collettori lineari a specchi parabolici

Fotovoltaico a Concentrazione - collettori lineari a specchi paraboliciQuesto tipo di collettori (commercialmente i più usati nel fotovoltaico  concentrazione) , come si può notare dalla immagine, sfrutta degli specchi per riflettere la luce del sole verso un canale in cui è inserito del liquido. La struttura è stata costruita in modo tale da avere delle curvature a parabola sulle quali sono installati degli specchi che ricevono la luce del sole e la riflettono in un tubo che si trova centralmente per tutta la lunghezza del pannello. La lunghezza dei pannelli può andare oltre i 100 metri e l’apertura delle parabole può arrivare fino a 5-6 metri. Questo tipo di pannelli da la resa migliore con orientamento Nord-Sud. Fanno parte della dotazione dei motori che fanno muovere i pannelli da Est ad Ovest per massimizzare la resa. Per comprendere meglio i vantaggi di un corretto orientamento o di una corretta inclinazione solare ti invitiamo a leggere questi articoli. Orientamento ed Inclinazione
Il tubo che riceve i raggi solari è sottovuoto e questo consente una maggiore resa ed efficacia perché consentono di ridurre la perdita di calore. All’interno dei tubi è presente un liquido (generalmente oli sintetici) che viene convogliato  in un generatore di vapore. Il vapore generato viene quindi convogliato verso delle turbine e queste girando generano elettricità.

In Italia è da evidenziare l'impinato ENEA Archimede. Per maggiori informazioni vi invito a visualizzare questo video http://youtu.be/68n39sT707M

Pannelli lineari Fresnel

Pannelli lineari FresnelChiamati così dal nome del fisico francese Agustin-Jean Fresnel sono molto simili a i pannelli parabolici a specchi ma utilizzano invece una serie di specchi piatti che convogliati con diversa angolatura riflettono i raggi del sole verso un ricevitore posto nella parte opposta degli specchi. Ogni linea di specchi ha un asse singolo che viene indirizzato in maniera ottimale verso il ricevitore di calore che è formato da un tubo lungo per tutto l’impianto nel quale è inserito un liquido (anche in questo caso olio sintetico)

Vantaggi degli  impianti lineari.

  • I pannelli lineari Fresnel utilizzano specchi di minore costo in quanto essendo piatti e non concavi come gli altri possono essere prodotti con minore costo.
  • Sono più facili da installare
  • Il vento è un fattore di minore disturbo e questo rende la struttura più stabile e crea minori problemi di spostamenti di asse con conseguenti minori spese di configurazione
  • Il rendimento ottico dei pannelli parabolici è maggiore rispetto a quelli di Fresnel e questo fa si che la scelta commerciale ricada principalmente sui collettori lineari a specchi parabolici.
  • Nei pannelli parabolici il connettore è mobile e quindi si ottimizza meglio l’irraggiamento dei raggi solari. Questo rende i pannelli parabolici la scelta commerciale di riferimento per questo tipo di installazione.

Dove sono installati i maggiori impianti in linea?

Uno dei principali produttori di impianti che utilizzano collettori parabolici è Siemens che ha installato diversi  grandi impianti.

  • In Nevada c’è un impianto da 64 MW(e) che produce energia per 40.000 famiglie. L’impianto è formato da collettori lineari parabolici e raggiunge temperature anche di 390 gradi
  • Un altro grande impianto è in Spagna e precisamente nei dintorni di Granada. L’impianto, che è formato anche in questo caso da collettori lineari parabolici, ha una potenza di 100 MW(e) e si estende per una superficie di 2 km quadrati.
  • Un impianto dimostrativo con Pannelli lineari Fresnel è stato installato sempre in Spagna nella regione Murcia, è formato da due file di specchi ognuna con 16 linee parallele di specchi lunghe in tutto 860 Metri. L’impianto produce 1,4 MW(e)

La torre solare

La torre solareLa torre solare, come si può vedere dall’immagine, utilizza una serie di specchi posizionati a terra che riflettono i raggi solari sull’estremità di una torre in cui è presente un ricevitore solare dove la luce viene catturata e convertita in calore. Il calore raccolto viene convogliato e convertito in vapore che genera energia elettrica. I pannelli solari sono costituiti da specchi controllati da un computer che indirizzano i raggi del sole in un collettore solare in cui è presente il fluido che verrà utilizzato per generare vapore. La torre solare riesce ad avere temperature nettamente più alte (che in base al liquido utilizzato possono raggiungere anche i 1000 gradi centigradi) rispetto ai pannelli parabolici ed ai pannelli Fresnel perché i raggi del sole vengono dirottati tutti in un unico punto invece che su di una tubo lineare.

Vantaggi della torre solare.

  • L’altra temperatura che può generare può potenzialmente consentire una più alta efficienza riducendo la necessità di acqua per la creazione del vapore.
  • L’alta temperatura più consentire contenitori di acqua più capienti, consentendo quindi una maggiore ottimizzazione nella generazione di energia elettrica.

Sistema fotovoltaico Dish Stirling

http://www.pres.org.pk/wp-content/uploads/2011/08/image0071.jpg
Come potete vedere dall’immagine, questo tipo di sistema molto simile ad una parabola satellitare è formata da specchi che riflettono la luce del sole nel punto focale. Esistono attualmente due tipi di connettori che possono essere installati sul punto focale.
Kinematic
Utilizzano l’idrogeno come fluido di accumulo di calore ed ha un efficienza maggiore rispetto a Free Piston.
Free Piston
Utilizza l’elio e non producono frizione durante il funzionamento, questo riduce i costi di manutenzione.

Da segnalare un produttore Italiano http://www.innova.co.it/ che ha creato Trinum.
Per maggiori informazioni vi invitiamo a visualizzare questo filmato. http://youtu.be/nSZd9UxGZT8

I Vantaggi dei sistemi a Dish Stirling

  • La vicinanza dell’accumulatore dagli specchi solari limita molto la perdita di efficienza
  • Possono essere installati in maniera scalare riuscendo a raggiungere installazioni che vanno dai 5 ai 50 kW
  • Richiedono poca acqua per funzionare per cui possono essere posizionati su luoghi anche molto secchi.
  • Richiedono un area poco vasta per la sua istallazione.

Dove sono installati i maggiori impianti a Punto?

Sfruttano sempre la tecnologia Siemens gli impianti a torre seguenti:

  • Nel deserto della California sono installati tre siti che in totale sviluppano 400 MW(e). L’impianto genera energia per oltre 140.000 famiglie. Sfrutta le tecnologia della Torre a produzione di vapore ad acqua. Questo impianto è entrato in funzione nella seconda metà del 2012.
  • In Germania c’è un impianto a torre dimostrativo con produzione di aria calda. L’impianto produce 1,5 MW(e) e sfritta una torre alta 60 metri.

Tabella comparativa tra le diverse tecnologie per il fotovoltaico a concentrazione

Collettori Lineari parabolici

Torre Solare

Pannelli Fresnel

Fotovoltaico a Dish Stirling.

Capacità in MW

10-300

10-200

10-200

0,01-0,025

Maturità della tecnologia

Commerciale

Progetto Pilota

Progetto Pilota

Progetto Dimostrativo

Fornitori

Abengoa Solar, Solar Millennium, Sener Group, Siemens

Abengoa Solar, BrightSource SolarReverse, Terresol

Novatec Solar, Areva

Temperature C°

350-550

250-1000

390

550-750

Ricevitore/assorbitore

Collegato ai collettori e si muove insieme ad essi

Esterna posizionata sopra alla torre solare

Fissa sopra gli specchi

Collegata nel centro focale della parabola

Fotovoltaico a concentrazione Prezzi

Non è banale calcolare quale è il prezzo per l’installazione del fotovoltaico a concentrazione. Per calcolare i prezzi occorre dividere i costi in due macro categorie

Costi per l’investimento (chiamati anche CAPEX)
I costi per l’investimento iniziale si aggirano interno al 40-50% del totale. Il resto dei costi viene diviso tra costi per la manutenzione e costi finanziari.
L’investimento iniziale per un sistema lineare a Parabola (attualmente quelli commercialmente più riconosciuti) si aggira tra i 3.500 – 5.500 Euro kW

Costi di manutenzione
I costi per la manutenzione dei sistemi lineare a parabola sono di 0.03€/kWh. La sostituzione degli specchi e del ricevitore sono delle componenti che pesano molto in questo genere di installazione.

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