Ago 12

Sarà capitato a molti di trovare poco interessante, o addirittura inutile, dover imparare a memoria definizioni del tipo… la parabola è il luogo geometrico dei punti di un piano equidistanti da un punto fisso, detto fuoco, e da una retta fissa, detta direttrice. Orbene, la definizione che ritenevamo così noiosa ci permette di concentrare la luce del sole e generare energia a noi utile!

Il crescente interesse intorno al solare termodinamico, tra i cui fautori c’è il premio Nobel Carlo Rubbia, stuzzica la curiosità di molti lettori che ci scrivono chiedendo informazioni più dettagliate o giungono su Blog Energia con altrettante crescenti chiavi di ricerca sul tema. Proviamo ad esaminare in dettaglio il principio di funzionamento di questo sistema.

Esistono diversi approcci per concentrare il calore del sole in un punto: quello più interessante sembra essere il sistema che fa ricorso alle proprietà delle superfici paraboliche. Una parabola è una superficie che gode, fra le altre, di una proprietà che ci interessa particolarmente.

Proprieta\' della parabolaTutti i raggi solari (in rosso nella figura) che siano paralleli all’asse di uno specchio avente forma di parabola (in verde, visto in sezione) vengono riflessi in un unico punto, detto fuoco.

Ciò significa che è possibile concentrare l’energia del sole, purché si tenga puntata la parabola esattamente verso di esso. In realtà, l’oggetto di cui stiamo parlando è di uso molto comune: la stessa forma viene usata per le antenne TV satellitari che concentrano le onde elettromagnetiche provenienti dallo spazio.

A voler essere precisi, ciò che noi chiamiamo parabola è un paraboloide (la parabola è una semplice linea su un piano). A differenza del paraboloide per TV (fisso sempre in direzione del satellite) nel nostro caso ci sono delle ulteriori complicazioni date dal fatto che il sole si muove rispetto a noi durante l’intero arco della giornata, con traiettorie differenti a seconda del periodo dell’anno.

Paraboloide

Questo significa che per mantenere la concentrazione dei raggi solari su di un certo punto, la nostra parabola deve poter ruotare attorno ad esso, cambiando inoltre la propria inclinazione sulla verticale: insomma il sistema è proprio complicato!

Nel punto che corrisponde al fuoco viene posizionato un contenitore per il fluido vettore che dovrà venire riscaldato a temperature elevatissime (fino a 550°C!). Si capisce bene come per condizioni così estreme è difficile far affidamento su giunti o parti in movimento. Per questo è più opportuno far muovere il paraboloide intorno al contenitore del fluido vettore.

Esiste tuttavia un sistema diverso che sfrutta lo stesso principio della sezione parabolica: il concentratore lineare a cilindro parabolico.

Concentratore lineare cilindrico parabolico

Come si vede in figura, esso è uno specchio basculante rispetto all’asse longitudinale, che ha la sezione di una parabola: in tal modo il fuoco non è più rappresentato da un punto ma da una linea. Basculando opportunamente il concentratore, è sempre possibile fare sì che si verifichi un allineamento fra sole, fuoco lineare e vertice (fondo) del cilindro parabolico. Sebbene si perda un po’ in efficienza, in quanto il sole non è perpendicolare all’asse del cilindro, il sistema funziona bene.

I collettori ottimali sono dunque dei cilindri parabolici basculanti posti orizzontalmente sul terreno con direzione che può essere Est-Ovest o Nord-Sud. Vediamo quali siano vantaggi e svantaggi dei due orientamenti.

Concentratore cilindrico parabolicoIn figura si osserva che in tutti quei casi in cui il sole non sia perpendicolare all’asse del collettore (ossia quasi sempre) è come se la superficie del collettore si riducesse in rapporto all’angolo che il sole forma con l’asse del collettore.

Nell’esempio che riportiamo abbiamo calcolato la superficie equivalente a quella perpendicolare al sole per il solstizio d’estate, quello d’inverno e l’equinozio, per un collettore orientato Nord-Sud ed uno orientato Est-Ovest, nell’arco di ciascuna delle tre giornate considerate e per una latitudine di 35° (grosso modo Lampedusa).

Si vede come nell’arco della giornata sia molto più efficiente (valori di superficie equivalente più prossimi ad 1) un collettore orientato in direzione Nord-Sud.

Grafici

In effetti si nota come soprattutto nei sei mesi estivi (compresi fra i due equinozi) l’efficienza di un collettore orientato Nord-Sud sia maggiore in quanto la superficie equivalente è sempre pari ad almeno 0,8.

Il concentratore parabolico non è l’unico possibile ma sembra essere il più efficiente. Se questo assume la forma di cilindro parabolico orientato Nord-Sud i risultati sono particolarmente interessanti. Questo vale soprattutto nelle latitudini medio-basse.

2 commenti »

2 commenti su “Come funziona un collettore solare parabolico”

    A Massa Martana produrremo il ‘cuore’ delle centrali solari termodinamiche [degli altri] Scrive:
    30 gennaio 2010

    […] prima pietra) la costruzione dello stabilimento per la produzione di tubi ricevitori per centrali solari termodinamiche a concentratori parabolici lineari. L’impianto sarà operativo nel 2011, con una capacità produttiva di circa […]

    pinnavaia giuseppe Scrive:
    28 maggio 2010

    Avendo richiesto una certa cifra ( 12.000.000 circa di € ) per una ricerca sulle lenti Fresnel al fine di sostituire i concentratri lineari parabolici ed una cifra di circa 4.000.000 di € per condurre una ricerca al fine di avere un up-grade sul condotto per i sali fusi dovuto a conduttività particolarmente bassa, posso sapere, con tutta sincerità, quanta energia media in un anno si riesce a ricavare con un ettaro ricoperto dai vostri concentratori consderando che :
    i captanti inseguono il sole nei 2 sensi,
    che qui nell’ Italia del Sud si avranno mediamente 185 gg soleggiati nell’anno,
    non conteggiando le ore mattutine fino alle ore 11,00 perchè l’impianto deve essere portato a regime,
    non prendendo in esame le ore soleggiate dalle ore 16,00 in poi ?
    Grazie, Giuseppe Pinnavaia

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