Rinnovabili • Centrali fotovoltaiche spaziali

Centrali fotovoltaiche spaziali, offrono davvero un vantaggio?

Uno studio della NASA valuta i potenziali vantaggi, le sfide e le opzioni dell'agenzia stessa nello sviluppo dell’energia solare spaziale

Centrali fotovoltaiche spaziali
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Le centrali fotovoltaiche spaziali potrebbero essere una (costosa) realtà nel 2050

(Rinnovabili.it) – I primi esperimenti a terra e fra le stelle sono già stati avviati ma prima di veder attivare vere e proprie centrali fotovoltaiche spaziali, toccherà attendere alcuni decenni. E la loro produzione elettrica sarà probabilmente più costosa delle alternative terrestri. A riferirlo è un recente studio della NASA, l’Agenzia spaziale statunitense. L’ente, al pari delle sue colleghe in giro per il mondo, sta sta valutando il modo migliore per supportare l’energia solare in orbita. E oggi è attivamente impegnata nello sviluppo di tecnologie per il suo attuale portafoglio di missioni, che andranno indirettamente a beneficio del segmento. Rimangano aperte tuttavia alcune domande fondamentali, a cominciare da quali sfide si dovranno affrontare nei prossimi anni.

Pannelli solari in orbita, vantaggi e svantaggi

Le centrali fotovoltaiche spaziali comportano la raccolta in orbita dell’energia solare, la trasmissione di tale energia a una o più stazioni sulla Terra, la conversione in elettricità e la consegna alla rete o alle batterie per lo stoccaggio. I sostenitori affermano che l’approccio potrebbe fornire grandi quantità di elettricità h24, senza interruzioni, a prezzi competitivi e con minori emissioni di gas serra (GHG) rispetto alle tecnologie rinnovabili terrestri. Gli scettici ritengono invece che l’approccio non abbia un chiaro percorso di sviluppo, con il rischio di distogliere miliardi di dollari da soluzioni terrestri più mature e conosciute, danneggiando allo stesso tempo l’ambiente.

Lo studio dell’Ufficio di tecnologia, politica e strategia (OTPS) della NASA mira a fare chiarezza, cercando di comprendere le condizioni alle quali l’energia solare spaziale rappresenti un’opzione competitiva per la decarbonizzazione del pianeta.

Due modelli a confronto

“Questa analisi mette a confronto il costo del ciclo di vita di due sistemi concettuali di energia solare basati sullo spazio rispetto al loro potenziale di riduzione delle emissioni nette”, ha affermato Charity Weeden, che guida l’OTPS della NASA. I due sistemi in questione sono: l’Innovative Heliostat Swarm derivato dal concept Alpha Mark III che prevede l’impiego di riflettori spaziali e un concentratore per focalizzare la luce solare su impianti fv a terra; il Mature Planar Array, derivato da un progetto dell’Agenzia spaziale giapponese, che utilizza pannelli piatti, con le celle solari rivolte lontano dalla Terra e gli emettitori a radiofrequenza (RF) rivolti verso la Terra.

Ipotizzando per entrambi i sistemi una centrale fotovoltaica spaziale da 2 GW attiva nel 2050, gli scienziati hanno eseguito uno studio del ciclo di vita. Quindi hanno confrontato l’LCOE e l’intensità delle emissioni di gas serra con i valori delle tecnologie rinnovabili terrestri. Nel primo caso è stato stimato un LCOE di 0,61 dollari/kWh, con il principale fattore di costo rappresentato dal lancio del sistema (71% del totale). Nel secondo caso LCOE risulta essere pari a 1,59 dollari/kWh, con il lancio che rappresenta il 77% del costo totale.

“I nostri risultati – scrive la NASA – indicano che i progetti di energia solare spaziale possono generare emissioni di gas serra per unità di elettricità nel ciclo di vita paragonabili alle alternative terrestri, in attesa di ulteriori studi sull’effetto delle emissioni di lancio nell’alta atmosfera. Riteniamo che questi progetti siano più costosi rispetto alle alternative terrestri e potrebbero avere costi del ciclo di vita per unità di elettricità da 12 a 80 volte superiori. Tuttavia, la competitività in termini di costi può essere raggiunta attraverso una combinazione favorevole di miglioramenti in termini di costi e prestazioni relativi al lancio e alla produzione che vanno oltre i progressi ipotizzati nella valutazione di base”.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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