Lug 16

Concentratore solareQuattro calcoli sul solare termodinamico.
Gli impianti solari termodinamici oggi disponibili sono per lo più installati in zone desertiche, sono spesso di tecnologia superata o, nei casi migliori, allo stato prototipale. Potrebbe essere divertente valutarne i rendimenti ed i costi.

Qui ci proponiamo di eseguire una stima per un impianto di tipo domestico nell’ipotesi che questo sia già prodotto su grande scala – in sostanza cerchiamo di prevedere un futuro prossimo, distante solo alcuni anni da noi.

Il componente più visibile è il collettore solare. Tipicamente si tratta di una superficie riflettente, a forma di cilindro parabolico che, opportunamente orientata, concentra i raggi del sole in un volume posto al di sopra della superficie riflettente (fuoco lineare). È sufficiente che in corrispondenza di questo volume si trovi un tubo collettore per riscaldare un fluido vettore che circola all’interno del tubo stesso.

Schema concentratore lineare parabolico

Se immaginiamo di rapportare il costo a quello di un equivalente impianto fotovoltaico a terra – in termini di superficie di esposizione, ci rendiamo conto che la spesa relativa ai classici pannelli deve venire comparata a tre componenti.

Il primo è lo specchio vero è proprio, costruito in policarbonato riflettente, su una struttura portante, ad esempio a nido d’ape, con gli opportuni rinforzi strutturali, costerebbe circa il 5% di una corrispondente superficie di silicio. A differenza dei pannelli fotovoltaici, i concentratori solari devo essere orientabili lungo un asse per poter funzionare. Mutuando la tecnologia proprio dagli equivalenti inseguitori a due assi disponibili per i sistemi fotovoltaici, si può calcolare, dimezzando i costi in quanto la rotazione avverrebbe lungo un solo asse, che il dispositivo di orientamento rappresenti circa il 15% del costo dei pannelli al silicio.

Il componente più costoso e complesso è senza ombra di dubbio il tubo collettore. Esso è composto da un tubo di materiale fotoassorbente montato all’interno di un tubo di vetro a vuoto di diametro maggiorato. In pratica parliamo di tecnologie simili a quelle necessarie per fabbricare le lampadine, tecnologie ben collaudate ma la cui trasposizione nei confronti di oggetti di scala ben maggiore può rappresentare un’incognita in termini di costi. Volendo essere pessimisti, sembrerebbe stimabile in circa il 30% del costo di un pannello fotovoltaico. Questo significa che un collettore solare termodinamico dovrebbe costare al più circa il 50% di un sistema di pannelli fotovoltaici di equivalente superficie.

Un sistema solare termodinamico presenta tuttavia una complessità ben maggiore nelle sue altre componenti. Infatti mentre un sistema fotovoltaico tradizionale è composto essenzialmente da un inverter, il sistema in questione, richiede un serbatoio di accumulo, una turbina, un alternatore, nonché tutti i sistemi di sicurezza necessari alla gestione di un impianto che opera con fluidi a temperature di oltre 500°C. Questo potrebbe portare ad un costo totale dell’impianto paragonabile a quello di un impianto fotovoltaico. Tuttavia i componenti utilizzati si prestano ad un ingegnerizzazione tale da produrre consistenti economie di scala, tanto da fare realisticamente pensare ad un dimezzamento dei costi rispetto alle stime qui presentate.

Un sistema solare termodinamico di queste caratteristiche avrebbe un’efficienza di circa il 70% nel riscaldare il fluido vettore, la turbina a sua volta potrebbe avere un rendimento di circa il 35%. Considerando le perdite nella trasformazione in energia elettrica, il sistema dovrebbe avere un rendimento pari a circa il 20-22%. Un equivalente sistema fotovoltaico parte da un efficienza di circa il 14-15%, con perdite di circa il 25% in fase di conversione in termini di corrente elettrica alternata. Ciò significa che il rendimento totale del sistema solare termodinamico è potenzialmente circa doppio di quello fotovoltaico, portando quindi i costi nell’arco di 25 anni ad una media di circa 0,15 euro/kWh prodotto.

Nel caso in cui si realizzassero delle forti economie di scala, i costi potrebbero ulteriormente dimezzarsi, rendendo il solare termodinamico concorrenziale sia con le centrali a combustibili fossili sia con quelle nucleari.

6 commenti »

6 commenti su “I costi del solare termodinamico”

    Stefano Bechis Scrive:
    1 dicembre 2009

    Stupefacente!
    Ho alcune osservazioni da fare:
    preso atto che l’analisi economica è dichiaratamente fatta su un impianto che non esiste,
    1. il rendimento di conversione degli invertitori per impianti FV è superiore al 75% ipotizzato da vio
    2. non tenete conto del fatto che il FV usa la componente diffusa e il termodinamico no
    3. un impianto termodinamico “domestico” non è sicuramente a pochi anni da noi, visto che le realizzazioni di adesso sono da 10 – 20 MW, a meno che uno non pensi che possa esistere una turbina elettrica da 2 o 3 kW (taglia minima attuale circa 200 kW in ciclo Rankine, ve la vedete nella cantina di casa?)
    4. anche in caso di esistenza di una turbina “domestica” da pochi kW pensate avrebbe un rendimento del 35% ??? Una turbina da 1000 kW rende il 27%, immaginate un pò una 500 volte più piccola…
    5. i costi di un sistema fotovoltaico nei 25 anni sono già adesso 13,9 centesimi per kWh (dividendo si intende semplicemente costo per produzione…)
    6. “Nel caso in cui si realizzassero economie di scala…” nel vostro articolo pare essere appannaggio esclusivo del termodinamico. Invece economie di scala non se ne possono realizzare per il fotovoltaico? No? E la discesa dei prezzi (reale, non immaginaria) tra il 2008 e il 2009 dei moduli FV del 20% in un solo anno, da 4,2 a 3,5 euro / Wp dove la mettete?
    Riassumendo i numeri del vostro articolo, tralasciando l’inesistenza dell’oggetto di cui si parla, si possono far ballare allegramente di un – diciamo – 100% in più o in meno, a seconda di quello di cui si vuole convincere chi legge.
    Provateci ancora.

    Paolo Harabaglia Scrive:
    3 dicembre 2009

    Rompendo per una volta la regola dell’anonimato del nostro blog, sento il dovere di risponderle in prima persona, data l’importanza e la delicatezza degli argomenti.

    Prima di tutto come avrà notato gli interventi risalgono a parecchio tempo fa. Il motivo è semplice: Blogenergia non è morto ma la crisi economica mondiale ci ha imposto una pausa di riflessione, in pratica volevamo capire cosa stesse succedendo. È evidente quindi che alcuni commenti sono datati.

    Iniziamo dal concorrente principale, il fotovoltaico. Oggi ancor più che in passato, anche sulla base del monitoraggio di alcuni impianti in Italia meridionale, sono convinto che sia un pessimo investimento. È vero, i costi sono scesi ma lei deve considerare le spese di manutenzione ordinaria e straordinaria (cambio dell’inverter a metà della vita utile) e le perdite di prestazione del sistema nel tempo. Deve inoltre aggiungere una sostanziosa assicurazione, in quanto i pannelli piacciono particolarmente ai ladri. Per quanto riguarda il rendimento al 75% del 15%, mi spiace ma il numero è vero se lei considera la perdita di efficienza del sistema con l’aumento della temperatura (si ricordi che il pannello è certificato a 25°C e che durante l’estate la temperatura su un pannello facilmente supera gli 80°C), della riflessione sui pannelli, dell’impianto elettrico e dell’inverter.

    Per quanto riguarda il termodinamico, le concedo la critica al punto 2, che però non è così essenziale nei siti dove si pensa di montare gli impianti termodinamici (pensi ad esempio al sito dove sta sorgento la centrale di Andasol) e in un certo senso anche le critiche sulle taglie. È ovvio infatti che tali impianti sono estremamente economici se parliamo di taglie di 50-500 MWp.

    Stia invece tranquillo che l’impianto di cui parlo non è del tutto immaginario: esiste un piccolo dimostratore volto alla sola produzione di calore (è buono anche quello) basato su tecnologie brevettate (dei cui brevetti sono contitolare) e che sta dimostrando la possibilità di raggiungere anche gli 800°C. Scalata per impianti industriali, tale tale tecnologia potrebbe portare ad impianti del costo di circa 3000 euro a kWp con rendimenti effettivi di circa il 30%. Se poi mi vuole dire cosa significa in tale contesto un kW di potenza, le rispondo che non lo so: nei miei calcoli mi riferisco ad un impianto dotato di superficie specchiante identica ad un’equivalente superficie di pannelli fotovoltaici.

    Un impianto termodinamico godrebbe inoltre del vantaggio di poter disporre di una riserva di energia anche nelle ore notturne e, cosa a mio parere più importante, ci libererebbe dalla schiavitù dell’importazione di celle fotovoltaiche dall’estero.

    Paolo Harabaglia

    Domenico Coiante Scrive:
    3 novembre 2010

    Negli impianti solari termodinamici oggi in funzione nel mondo, l’efficienza di conversione dalla radiazione al calore del fluido primario si aggira nel caso migliore intorno al 50- 55% (e non il 70%).
    Date le temperature in gioco dei fluidi termici e il salto termico sfruttabile, l’efficienza di conversione in elettricità raggiungerebbe il 35% solo nel caso ideale del ciclo di Carnot. L’efficienza sperimentale si colloca invece al massimo intorno al 25%.
    Il risultato è che l’efficienza finale della centrale si va a collocare intorno al 13-14%, come dimostrano i dati sperimentali dei 354 MW di Junction Kramer.
    Solo i concentratori parabolici puntuali accoppiati al gruppo motore Stirling/alternatore hanno potuto raggiungere efficienze sperimentali intorno al 20%.

    Giuseppe Scrive:
    21 febbraio 2011

    Salve, sono un prossimo e normalissimo acquirente di un impianto autonomo per uso domestico di 3 Kwp! Vorrei sapere dagli esperti quale impianto è più conveniente! FOTOVOLTAICO o TERMODINAMICO??
    L’impianto verrà realizzato in Sardegna (centro-sud).
    Mi è stato proposto un preventivo di 11.400 € + iva per un fotovoltaico a copertura parziale di 3 Kwp.
    vorrei dei consigli in merito, quale impianto è più conveniente!!
    Grazie!

    Luigi Scrive:
    6 giugno 2011

    Sono da poco “inciampato” su questo articolo che ho trovato molto interessante, così come i commenti.
    Mi chiedevo se su un impianto di piccola taglia non fosse ipotizzabile l’utilizzo diretto del fludi primario tramite una turbina a dischi, senza pale che sfrutta lo strato limite (detta anche turbina di Tesla, ma non vorrei passare per “complottista che crede nell’over unity”). Questa turbina, scalabile su piccole dimensioni, ha il vantaggio di lavorare molto bene anche convapore saturo perchè la presenza di particelle d’acqua non dà grossi problemi (infinitamente minori che con turbine a palette in ogni caso) per cui si potrebbe sfruttare un maggiore salto entalpico saltando il passaggio e le relative perdite tra fluido primario e secondario. La turbina ha lo svantaggio di lavorare a regimi estremamente elevati, ma accopiato ad uno snello riduttore epicicloidale si potrebbe ridurre la rotazione a livelli compatibili con un generatore trifase. Può sembrare una cosa fattibile? Saluti

    Piero Saponaro Scrive:
    14 giugno 2011

    Quando si pensa al solare termodinamico non bisogna fare parallelerismi di tipo domestico/commerciale con il FV ,è fin troppo evedente che la trasformazione dell’energia solare direttamente in energia elettrica necessita di un minore numero di componenti ed un minore spazio disponibile in quanto non ci sono
    turbine,condensatori,ecc.
    Esaminando però la questione più in profondità bisogna considerare 2 fattori che fanno del solare termodinamico una tecnologia più vantaggiosa se rivolta al publico e non al privato:
    1)quasi sempre il FV è adottato dai privati molto spesso per una questione puramente lucrativa grazie agli incentivi esistenti: è sufficiente avere a disposizione c.ca 100 mq per poter realizzare un investimento che garantisca in termini economici quasi uno stipendio.
    Il solare termodinamico è concepito per impianti al servizio della collettività quindi realizzabili dallo stato o da grosse compagnie private del settore energetico,l’aspetto è puramente ecologico; per quanto riguarda i costi per la realizzazione del solare termodinamico appena la diffusione (di grandi impianti,s’intende) comincerà ad essere più massiccia, gli stessi permetterano di far pagere (ad i singoli utenti) il Kwh prezzi molto simili a quelli attuali praticati dalle aziende del settore
    2)Bisogna tenere presente che il solare termodinamico può impiegare il calore a bassa entalpia (altrimente disperso) per alimentare impianti di cogenerazione adatti al tele riscaldamento e produzione di A.C.S. e addirittura impianti di trigenerazione adatti al condizionamento (sono disponibili attualmente sul mercato gruppi frigoriferi ad assorbimento di grandissime potenzialità frigorifere alimentati con acqua a c.ca 90°)
    Questo fattore è importantissimo poichè negli ultimi anni il picco di richiesta di energia elettrica estiva è aumentato enormemente a causa della capillare diffusione di impianti di condizionamento.INoltre il funzionamento di tale sistema in assetto trigenerativo è sincronizzato con le condizioni atmosferiche: più c’è sole e più energia termica di scarto è disponibile per alimentare gruppi frigoriferi ad assorbimento per il condizionamento

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