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Come il fotovoltaico integrato negli edifici può alimentare l’Italia

Massimo Mazzer (Cnr-Imem) e David Moser (EURAC Research) spiegano su Nature come sostenere l'espansione dell'energia solare senza ricorrere ad ulteriore consumo di suolo. Dai tetti italiani una produzione potenziale di oltre 200 TWh l'anno

fotovoltaico integrato negli edific
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Le potenzialità del fotovoltaico integrato negli edifici

(Rinnovabili.it) – La parola d’ordine per accelerare la rivoluzione ecologica senza aumentare l’impatto sull’ambiente? Fotovoltaico integrato negli edifici e nelle infrastrutture.

L’energia solare ha un posto di primo piano nelle strategie nazionali di decarbonizzazione. Eppure, il contributo che il comparto può fornire al mix energetico del futuro è spesso sottostimato. Parte del problema sta nello sviluppo tecnologico, molto più rapido rispetto le valutazioni politiche sul tema. I miglioramenti nell’efficienza e nella resa di celle e moduli avanzano quasi quotidianamente; e già oggi la tecnologia fotovoltaica rappresenta una delle opzioni più economiche per la nuova produzione elettrica su scala utility, in diverse aree del mondo.

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Ma come sfruttare al massimo una risorsa così vantaggiosa senza sottrarre nuovo terreno? A rispondere è la lettera pubblicata in questi giorni su Nature, da Massimo Mazzer (Cnr-Imem), referente italiano nell’Implementation Working Group sul Fotovoltaico del SET Plan Europeo, e David Moser, Responsabile R&D sul Fotovoltaico di EURAC Research. Nell’articolo Come l’energia solare può alimentare l’Italia senza consumare più suolo (nature.com) i due autori vanno diritto al punto. E rimarcano le potenzialità italiane del fotovoltaico integrato negli edifici, definendolo come “la più efficace alternativa al consumo di suolo”.

D’altra parte, l’urbanizzazione si è conquistata una buona quota di terreno. Perché allora non sfruttare superfici già costruite? Precedenti stime valutavano per i tetti italiani un potenziale di produzione fotovoltaica di circa 120 GWp. Dati bastati su un’efficienza del modulo del 15%. Con la tecnologia commerciale attuale (efficienza al 22%) tale potenziale sale automaticamente. “Sulla base di questi dati, i moduli commerciali attualmente disponibili […] genererebbero 200 TWh di elettricità all’anno“, scrivono Mazzer e Moser. Un valore doppio rispetto all’obiettivo nazionale per il fotovoltaico 2030. “Con moduli efficienti al 30%, il potenziale raggiungerebbe 275 TWh/a. Anche le facciate possono contribuire significativamente […] si stima che edifici residenziali e uffici potrebbero integrare impianti fotovoltaici su un totale di almeno 160 km² di superficie di facciate, e contribuire alla generazione di 15-25 TWh/a di elettricità (a seconda della tecnologia fotovoltaica usata)”.

 La pubblicazione fa parte di un’iniziativa intrapresa a livello nazionale già a partire dal 2017, con la costituzione di specifici gruppi di lavoro misti, composti esperti del mondo della ricerca e industriale. L’obiettivo? Definire il contributo italiano all’Implementation Plan del SET Plan Europeo. Un lavoro che ha prodotto risultati molto importanti sul piano del possibile rilancio di tutta la filiera industriale del fotovoltaico (compresa la parte alta) di importanza strategica per l’Italia e l’UE.

La lettera dedicata al fotovoltaico integrato negli edifici, spiega il CNR, “rappresenta una ulteriore voce dibattito pubblico, rappresentativa di coloro che hanno contribuito alla scrittura del Piano Strategico, per chiarire quanto ampie, diversificate e convenienti siano le potenzialità del fotovoltaico integrato nelle infrastrutture esistenti (a partire dagli edifici) nel nostro Paese”.

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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.


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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
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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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