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Definizione Termico

Con il termine *Solare Termico* viene indicata la tecnologia che sfrutta l'energia irradiata dal sole per scaldare fluidi da utilizzarsi prevalentemente nell’ambito domestico, civile e produttivo.

Con il termine *Solare Termico* viene indicata la tecnologia che sfrutta l’energia irradiata dal sole per scaldare fluidi da utilizzarsi prevalentemente nell’ambito domestico, civile e produttivo.

Le tecnologie utilizzate nel solare termico sono suddivise in: a bassa, media ed alta temperatura.
A *BASSA TEMPERATURA*, i sistemi che tramite i collettori solari scaldano fluidi a temperature inferiori ai 100°C; sono finalizzati principalmente alla produzione d’acqua calda sanitaria (ad uso domestico, per utenze collettive, per impianti sportivi etc.), al riscaldamento domestico e, più in generale, di ambienti, al riscaldamento dell’acqua delle piscine, alla produzione di calore a bassa temperatura ad uso industriale (tipicamente acqua di lavaggio di macchinari, mantenimento in temperatura di vasche di fluidi di varia natura, preriscaldamento dell’acqua di alimento delle caldaie etc.). di abitazioni private.
A *MEDIA TEMPERATURA*, i sistemi che tramite collettori a più elevata tecnologia (si veda la definizione di seguito riportata) raggiungono temperature comprese tra i 100°C e i 250°C, possono essere utilizzati ampiamente nei processi industriali (anche per la produzione di vapore), per il raffrescamento degli ambienti .
AD *ALTA TEMPERATURA*, i sistemi che utilizzano collettori in grado di concentrare i raggi solari verso un ricevitore termico, per poter elevare la temperatura del fluido termovettore ben oltre i 250 °C, raggiungendo contestualmente pressioni compatibili anche con l’utilizzo per la produzione di elettricità.

La breve trattazione che segue, riguarda principalmente i sistemi della prima tipologia menzionata, sebbene alcuni dei principi presentati possano essere traslati alle applicazioni tecnologicamente più avanzate.

Il collettore solare – principio di funzionamento e tipologie:

Lo scopo di qualsiasi dispositivo che rientri in questa categoria è, naturalmente, quello di convertire la massima parte dell’energia elettromagnetica associata alla radiazione solare incidente in energia termica disponibile per l’utenza.
A tal fine, si sfrutta e potenzia la capacità di alcuni materiali (ad esempio metalli o leghe come rame o acciaio) di scaldarsi rapidamente se sottoposti a radiazione solare e di cedere con estrema facilità il calore accumulato. L’elemento principe di un collettore solare è, in pratica, una piastra captante (con le caratteristiche appena citate) percorsa da una serie di tubazioni lungo le quali scorre il fluido che deve scaldarsi.

Tutti i meccanismi di scambio di calore dell’elemento piastra-tubi verso elementi diversi dal fluido vanno minimizzati o riconvertiti, allo scopo di trasferire al fluido la maggior quota possibile dell’energia solare incidente.
Proprio per questo motivo, la parte posteriore della piastra (ossia quella non esposta al sole) e le sue parti laterali vengono rivestite di materiale isolante e, inoltre, la temperatura interna del collettore viene mantenuta più elevata possibile grazie alla presenza di una o più lastre trasparenti di copertura.

Le tipologie di collettori solari maggiormente diffuse possono essere così sintetizzate:

* *collettori piani vetrati*, sono senza dubbio i più utilizzati per applicazioni a bassa temperatura, alle latitudini italiane sono caratterizzati da prestazioni buone/ottime in estate e nelle stagioni miti e da prestazioni tendenzialmente basse in inverno;
* *collettori “sottovuoto”*, sono caratterizzati da prestazioni più stabili anche in inverno e sono particolarmente utili ove sia necessario raggiungere temperature più elevate (rientrando, in alcuni casi, anche nel range delle medie temperature), o buone prestazioni in inverno (ad esempio per il riscaldamento degli ambienti). A fronte di un più elevato livello tecnologico, sono dispositivi più costosi dei collettori piani;
* *collettori non vetrati*, sono privi di copertura e coibentazione, di conseguenza, utilizzabili con buoni risultati solo in applicazioni estive e diurne (tipicamente riscaldamento delle piscine scoperte, acqua calda sanitaria presso campeggi etc.). Sono estremamente economici;
* *collettori ad accumulo integrato*, sono dispositivi estremamente semplici e compatti, caratterizzati dalla presenza, direttamente al loro interno, dell’acqua da riscaldare. Fatta eccezione per climi decisamente miti, hanno prestazioni buone in estate, ma decisamente mediocri in inverno.
* *collettori a concentrazione statica*, sono collettori piani o, più frequentemente, sottovuoto, caratterizzati dalla presenza di specchi statici per la concentrazione della radiazione solare. Sono utilizzati soprattutto nel range delle medie temperature;
* *collettori a concentrazione ad inseguimento*, sono dispositivi tecnologicamente più avanzati, caratterizzati dalla presenza di “specchi” per la concentrazione della radiazione solare e da sistemi di inseguimento della radiazione solare (ad uno o due assi). Sono utilizzati in applicazioni a media ed alta temperatura.

In linea generale, il passaggio dal collettore all’impianto richiede la presenza di elementi atti a rendere fruibile il servizio dall’utenza e a stabilizzare le prestazioni del collettore:

* il *serbatoio di accumulo* ha la funzione di rendere disponibile acqua calda all’utenza a prescindere dal momento della giornata o dalle condizioni meteorologiche in cui viene richiesta l’erogazione del servizio; raccoglie l’acqua calda man mano che viene riscaldata dai collettori e la mantiene alla temperatura di utilizzo fino al momento della richiesta dell’utenza;
* il *sistema ausiliario* (tipicamente caldaia a metano o scaldabagno elettrico) è necessario per poter sopperire all’aleatorietà della fonte solare e alla minore disponibilità invernale senza dover sovradimensionare il sistema solare fino a renderlo anti-economico;
* il *vaso di espansione* è la sede che può accogliere una eccessiva dilatazione termica del fluido termovettore, evitando che si creino pericolose sovrapressioni;
* diversi dispositivi di *sicurezza* (come valvole jolly, valvole di sicurezza, valvole di intercettazione, termostati, etc.)
* dispositivi di *regolazione* e *controllo* dell’impianto.

Classificazione degli impianti:

Le due principali categorie secondo le quali possono essere classificati gli impianti solari termici riguardano, in primo luogo, la relazione tra il fluido termovettore ed il servizio fornito all’utenza e, secondariamente, le modalità con cui tale fluido circola all’interno del sistema idraulico.

Nel primo caso si distinguono:

* *sistemi aperti*, in cui il fluido che circola all’interno del collettore è la stessa acqua che, raggiunta la temperatura richiesta, arriva all’utenza;
* *sistemi chiusi*, in cui si evidenziano due circuiti perfettamente separati per il fluido termovettore e l’acqua da scaldare.

Nel secondo caso, invece, le categorie evidenziate sono le seguenti:

* sistemi a *circolazione naturale*, in cui la corretta movimentazione del fluido all’interno del collettore si auto-regola grazie all’innescarsi di moti convettivi spontanei;
* sistemi a *circolazione forzata*, in cui si rende necessario, per la regolazione del flusso, l’inserimento di un sistema automatico (essenzialmente costituito da un circolatore ed un centralina di controllo).

A livello teorico, le due variabili sono completamente indipendenti, ovvero è ipotizzabile realizzare sistemi con le quattro combinazioni possibili. La pratica impiantistica, come si vedrà, ha però portato alla maggiore diffusione di soluzioni a circuito chiuso e, in misura meno marcata, circolazione forzata, relegando le altre possibilità ad un limitato campo di applicazioni.

Qualche numero:

In via del tutto indicativa, lungi dal fornire informazioni rigorose o generalizzabili, è possibile offrire alcune indicazioni di massima riguardo alle prestazioni ed ai costi degli impianti per la produzione di acqua calda sanitaria.
Considerando un’utenza costante nel corso dell’anno, innanzitutto, è possibile dire che un sistema solare termico può arrivare a coprire al massimo il 70÷80% del fabbisogno, per non divenire sovradimensionato ed antieconomico.
Al fine di soddisfare tale richiesta, per una famiglia di 4 persone al centro Italia, a seconda della tecnologia adottata e delle opere idrauliche ed edili necessarie, la spesa può raggiungere i 2.800÷4.000 € per un impianto di poco inferiore ai 4 m2. Tale investimento, in assenza di incentivi, può essere ripagato in un periodo di funzionamento dell’impianto variabile tra i 3 e gli 8 anni a seconda del sistema ausiliario sostituito.
Va considerato, comunque che sono periodicamente accessibili contributi in conto capitale erogati dalle Regioni o da altri Enti Locali e che esistono meccanismi di incentivazioni permanente di tali tecnologie:
* IVA ridotta al 10%;
* 55% dell’investimento detraibile dall’IRPEF in tre anni (indicato nella legge Finanziaria 2007);
* meccanismo dei “certificati bianchi” (accessibile agli installatori se associati a ESCO, in alcuni casi, con ripercussioni favorevoli per gli acquirenti finali).

A cura di: *Ing. Annalisa Corrado*

LINK

“Assolterm – Associazione Italiana Solare Termico”:http://www.assolterm.it/ (ITA)
“European Solar Thermal Industry”:http://www.estif.org/ (ESTIF)
“European Solar Thermal Technology Platform”:http://www.esttp.org/ (ESTTP)
“IEA Solar Heating and Cooling Programme”:http://www.iea-shc.org/
“IEA SolarPACES”:http://www.solarpaces.org/
“Paese del Sole”:http://www.paesedelsole.org/ (ITA)
“Plataforma Solar de Almeria”:http://www.psa.es/ (SPA)
“RSPEC – Reducing Swimming Pool Energy Costs”:http://www.eren.doe.gov/rspec (USA)
“Solar Energy Industries Association”:http://www.seia.org/main.htm – SEIA (USA)
“Soltherm Europe”:http://www.soltherm.org/

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Rinnovabili • Simulare i fenomeni termomeccanici

Simulare i fenomeni termomeccanici [Webinar]

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Martedì 18 giugno COMSOL terrà un seminario gratuito dedicato alla simulazione multifisica delle interazioni termomeccaniche

fenomeni termomeccanici

Come prevedere la tendenza di un materiale a cambiare di volume in risposta ad un cambiamento di temperatura all’interno di un sistema meccanico? Come valutare l’effetto sulle prestazioni di fenomeni termomeccanici come il riscaldamento Joule? Come modellare le possibili deformazioni indotte dal calore e studiarne le conseguenze sul comportamento meccanico di strutture solide?

Per tutte queste domande esiste una risposta “semplice”: la simulazione multifisica. Questo strumento d’analisi permette, a partire da un sistema complesso, di simulare i singoli aspetti (elettrici, meccanici, termici o chimici) e gli effetti della loro interazione. Nel dettaglio la simulazione multifisica permette di creare un modello matematico e analizzarlo minuziosamente con l’obiettivo di prevedere o convalidare il risultato del mondo reale. Evidenziando eventuali criticità e ottimizzando i progetti ancor prima della prototipazione. 

Nel settore delle energie rinnovabili (ma non solo) l’approccio risulta particolarmente valido per il comportamento meccanico di strutture solide dove la complessità dei fenomeni termomeccanici richiede necessariamente un’attenzione e una cura più elevate durante la fase progettuale. 

A spiegarne vantaggi e potenzialità è il nuovo webinar gratuito di COMSOL, una delle aziende leader nello sviluppo software di modellazione matematica. L’evento, in programma per il 18 giugno alle ore 14.30 permetterà ai partecipanti di comprendere come sia possibile analizzare le strutture meccaniche combinando tutti gli effetti fisici e le interazioni rilevanti. 

 Lo strumento principe è COMSOL Multiphysics®, uno dei software di modellazione più avanzati del settore, in grado simulare progetti, dispositivi e processi in ogni ambito tecnologico. Grazie al modulo dedicato alla Meccanica Strutturale, la piattaforma permette di analizzare la meccanica dei solidi, simulando il comportamento dei materiali, delle dinamiche, delle vibrazioni, dell’attrito ecc. all’interno di un unico modello e di un unico ambiente di modellazione.

Il modulo offre accoppiamenti multifisici integrati che includono anche gli aspetti termici, a partire dalle semplici condizioni operative di un dispositivo, per arrivare a fenomeni più complessi come l’effetto Joule. La piattaforma rende possibile, infatti, modellare la conduzione della corrente elettrica in una struttura, il successivo riscaldamento elettrico causato dalle perdite ohmiche e le sollecitazioni termiche indotte dal campo di temperatura.

Simulare i fenomeni termomeccanici

Per avere una panoramica completa delle possibilità durante il seminario i tecnici Comsol esamineranno i diversi meccanismi importanti da considerare in un modello termomeccanico. Come ad esempio il creep termico, ossia la deformazione anelastica che si verifica nel tempo quando un materiale è sottoposto a stress a una temperatura pari o superiore al 40% del punto di fusione. O ancora lo smorzamento termoelastico, che si verifica quando si sottopone un materiale a stress ciclico di compressione e di espansione. La deformazione ciclica crea variazioni locali di temperatura in grado a loro volta di produrre perdite meccaniche.

Il webinar passerà in rassegna vari casi di studio ed esempi di modelli, mostrando il software in azione e rispondendo in tempo reale a tutte le domande dei partecipanti.

Partecipa al seminario gratuito dedicato alla simulazione dei fenomeni termomeccanici registrandoti all’indirizzo  https://www.comsol.it/c/fvmd 

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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 • Decreto FER X

Decreto FER X, aste entro la fine dell’anno

Lo ha dichiarato il sottosegretario al MASE, Claudio Barbaro, ma l'iter del Decreto Fer X appare ancora indietro con i tempi

Decreto FER X
Foto di Ed White da Pixabay

Incentivi alle rinnovabili, la normativa in attesa

Il Decreto FER X è in dirittura d’arrivo e le prime procedure competitive del provvedimento potrebbero essere lanciate entro la fine del 2024. Questa perlomeno è la previsione avanzata dal sottosegretario al Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica, Claudio Barbaro, durante un’interrogazione alla Camera. Rispondendo in X Commissione ad un quesito dell’onorevole Peluffo sui tempi di adozione del DM FER-X, Barbaro ha fatto chiarezza sui prossimi passi del provvedimento.

Lo schema, ha ricordato il sottosegretario, è stato trasmesso all’ARERA nel mese di aprile ai fini dell’acquisizione del parere. L’Authority dovrebbe far sapere la propria posizione in questi giorni per poi “passare la palla” alla Conferenza Unificata. A valle dell’acquisizione di quest’ultimo parere “sarà possibile procedere con la notifica formale del provvedimento in Commissione europea per la verifica dei profili di compatibilità con la disciplina in materia di Aiuti di Stato”.

Decreto FER X, quando arriva?

Il percorso, dunque, si prospetta ancora lungo ma il Sottosegretario rassicura gli animi spiegando che il MASE sta cercando di velocizzare i passaggi rimanenti. “Per accelerare […] il Ministero ha già avviato i colloqui con la Commissione con l’obiettivo di illustrare le principali novità introdotte dal meccanismo. Tra le innovazioni, rispetto al disegno attuale, il nuovo schema prevede infatti che il Sistema si faccia carico del rischio dovuto alle dinamiche inflattive, particolarmente accentuate nell’ultimo anno, in modo tale da rendere i corrispettivi riconosciuti più adeguati alla struttura di costo e alla sua evoluzione, riducendo così i rischi degli operatori“.

Il Decreto, ricordiamo, nasce per sostenere la produzione di energia elettrica da impianti rinnovabili “con costi vicino alla competitività di mercato”. Ossia fotovoltaici, eolici, idroelettrici e di trattamento dei gas residuati dai processi di purificazione. L’ultima bozza del decreto FER X riporta due modalità di accesso agli incentivi: quella diretta, riservata ai sistemi rinnovabili di taglia uguale o inferiore ad 1 MW per un massimo di 5 GW sviluppabili in Italia; quella tramite aste, nel caso di impianti di potenza superiore a 1 MW (e con contingenti differenziati per tecnologia che vanno da un 45 GW per il fotovoltaico allo 0,02 GW per i gas residuati).

Barbaro ha anche anticipato che per mitigare le problematiche relative all’operatività dei contratti alle differenze convenzionali, il Ministero ha provveduto a “ridisegnare la struttura dei pagamenti del contratto al fine di disincentivare l’offerta della capacità contrattualizzata a prezzi inferiori ai propri costi marginali”. Un intervento che permetterebbe al tempo stesso di “ridurre il rischio volume sostenuto dai titolari della medesima capacità“. Le prime aste? “Potranno essere bandite entro la fine dell’anno“, ha concluso il sottosegretario.

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Rinnovabili • pcb ricarica

PCB per la ricarica dei veicoli elettrici (EVC)

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Il ruolo e l'importanza dei circuiti stampati nel mondo della ricarica dei veicoli elettrici

pcb ricarica

Il mondo dell’EV charging promette di cambiare il nostro modo di spostarci e di viaggiare e molte sono le tecnologie in gioco per raggiungere questo ambizioso obiettivo. L’elettronica svolge di certo un ruolo chiave, ma è necessario sviluppare prodotti ad hoc per questo segmento di mercato, che siano in grado di gestire picchi energetici, alte temperature, funzionalità molteplici e dimensioni ridotte. Molte di queste necessità devono essere soddisfatte nella progettazione di un circuito stampato (anche detto PCB) che permetterà di garantire funzionalità, affidabilità ed efficienza di una colonnina di ricarica. I PCB (Printed Circuit Boards) sono infatti fondamentali per consentire una ricarica affidabile e ad alta potenza e si sono evoluti parallelamente allo sviluppo di colonnine di ricarica sempre più performanti, di dimensioni più compatte e più leggere.

Diminuendo le dimensioni delle colonnine di ricarica, anche lo spazio dedicato ai PCB si è ridotto, portando i progettisti di circuiti stampati a studiare nuovi design che permettessero di ottenere le stesse prestazioni in dimensioni più contenute. In alcuni casi può essere sufficiente usare elementi più compatti, in altri lavorare sulla densità del circuito, oppure optare per un maggior numero di strati che possano ospitare tutte le funzionalità richieste, o ancora prestare particolare attenzione alla larghezza delle piste e alla distanza di isolamento.

I circuiti stampati dedicati al mondo dell’ev charging devono inoltre poter gestire correnti e tensioni elevate, che richiedono l’uso di materiali specifici e spesso di una grande quantità di rame che permetta di condurre considerevoli flussi di corrente e dissipare il calore in eccesso.

I circuiti stampati di un EV charger non sono solo sviluppati per garantire il fine ultimo della colonnina, la ricarica in sè, ma anche un’esperienza di acquisto adeguata. Se, da un lato, la crescente richiesta di tempi di ricarica più rapidi richiede una tecnologia dei PCB in grado di supportare operazioni di ricarica efficienti e ad alta potenza, dall’altro devono essere considerate anche tutte le interfacce che includono funzioni come touchscreen, applicazioni mobili, lettori di schede RFID e controlli intuitivi, tutti progettati con lo scopo di migliorare l’esperienza dell’utilizzatore di una colonnina di ricarica.

Attenzione alla sostenibilità nella progettazione di un PCB

Un’attenta progettazione di circuiti stampati può inoltre contribuire alla sostenibilità del prodotto finale, perché permette di ottimizzare spazio e materiali, riducendo gli sprechi. Studiare con attenzione il design del PCB permette di sfruttare il pannello in modo da ridurre la quantità di materie prime necessarie per produrre il circuito stampato ma anche delle risorse richieste per lavorarlo, come acqua, calore ed elettricità. La dimensione inferiore di un circuito stampato si tramuta anche in meno materiali di scarto nel caso in cui la scheda finale abbia dei difetti e debba quindi essere rottamata, e anche un imballaggio con dimensioni minori, peso minore con conseguente riduzione del costo di spedizione. I vantaggi sono quindi al contempo ambientali ed economici.

NCAB ha sviluppato delle linee guida che permettono di identificare i fattori che determinano il costo di un PCB  e supporta i propri clienti sin dalle prime fasi della progettazione per raggiungere obiettivi di sostenibilità comuni. 

I webinar sul circuito stampato di NCAB Group

Per questo motivo il Gruppo svedese mette a disposizione il know how dei propri tecnici attraverso un fitto programma di webinar gratuiti dedicati al circuito stampato. 

Giovedì 13 giugno 2024, in particolare, Jonathan Milione, FAE di NCAB Group Italy, terrà un webinar dal titolo “PCB affidabili per l’EVC​ – Opportunità, sfide e applicazioni in ambito ricarica EV“ a cui è possibile iscriversi da questo link https://attendee.gotowebinar.com/register/3189250463637126235

Parleremo di:

  • Evoluzione e sfide del settore dei veicoli elettrici
  • Metodi di ricarica e sviluppi tecnologici delle colonnine di ricarica
  • Soluzioni di design per PCB: sistemi di ricarica ad alta potenza

leggi anche Circuiti stampati più sostenibili, l’approccio virtuoso di NCAB Group

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