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Solar Cooling, il futuro è ibrido

Struttura di un modulo PV-T - Solarzentrum Allgäu

Struttura di un modulo PV-T - Solarzentrum Allgäu

Il Solar Cooling è una tecnologia particolarmente idonea ad integrarsi con altri sistemi di sfruttamento delle fonti energetiche rinnovabili: questo è quanto sostiene la Roadmap delle Tecnologie per il riscaldamento e il raffrescamento solare recentemente pubblicata della International Energy Agency IEA .

In sostanza, applicare le tecnologie di riscaldamento e raffrescamento solare in soluzione combinata o integrata con altre fonti energetiche rinnovabili, potrebbe essere un modo per ottimizzare gli investimenti, soprattutto quando lo spazio a disposizione per raccogliere l’energia solare è fisicamente limitato, come nel caso dei pannelli disposti sui tetti delle abitazioni.

Un esempio di possibile integrazione di tecnologie Solar Heating and Cooling (SHC) è rappresentato da sistemi di tipo ibrido fotovoltaico/solare termico (photovoltaic/thermal hybrid solar technology - PV-T). I collettori PV-T sono visti come una tecnologia molto promettente, potenzialmente in grado di utilizzare l’energia solare in modo più efficiente dei sistemi tradizionali presi singolarmente, con il vantaggio aggiuntivo di evitare la competizione tra le fonti energetiche per lo sfruttamento della superficie disponibile sui tetti.

I collettori PV-T innanzi tutto convertono l’energia solare in energia elettrica attraverso i moduli fotovoltaici, e poi riutilizzano il calore in eccesso per riscaldare l’acqua. I collettori PV-T sono allo studio da alcuni anni, ma non hanno ancora raggiunto significative quote di mercato, tanto che la roadmap dell’IEA indica il 2020 come termine auspicabile per lo sviluppo di sistemi PV-T competitivi. Sempre secondo l’IEA, per raggiungere questo traguardo sarà necessario supportare le aziende produttrici di sistemi SHC e fotovoltaici, anche e soprattutto attraverso il coinvolgimento di Università e centri di ricerca. Oltre a queste azioni di stimolo nei confronti delle aziende più innovative, la crescente competizione tra le fonti rinnovabili e la sempre più vasta diffusione delle applicazioni fotovoltaiche potrebbero rappresentare due fattori trainanti per lo sviluppo dei sistemi PV-T.

Sul fronte della ricerca, i maggiori sforzi per il miglioramento dei sistemi PV-T finora sono stati focalizzati sull’aumento dell’efficienza termica ed elettrica. Rimangono tuttavia numerose sfide aperte riguardo la riduzione delle perdite di calore, la protezione contro il surriscaldamento, l’integrazione tra i diversi dispositivi e l’abbattimento dei costi complessivi di produzione.

Tra i numerosi produttori che stanno cercando di sviluppare questi nuovi prodotti, si citano l’azienda britannica Newformenergy e la statunitense Power Panel, ma anche la tedesca Solarzentrum Allgäu, capofila di un progetto di ricerca che coinvolge, tra gli altri, anche il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE.

Per saperne di più:

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Utilizzare il calore per raffrescare gli ambienti

Abbiamo scritto alcuni mesi fa a proposito delle tecnologie di solar cooling: si tratta di un insieme di soluzioni tecniche in grado di ottenere raffrescamento per gli ambienti utilizzando il calore raccolto dai pannelli solari termici, impiegando l’acqua riscaldata come fluido operativo all’interno di un ciclo frigorifero basato sul principio di funzionamento delle pompe di calore (chiller ad adsorbimento o ad assorbimento). Uno dei principali svantaggi di queste tecnologie risiede nella limitata applicabilità ai contesti residenziali, per via delle dimensioni, dei livelli di efficienza e dei costi degli impianti.

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Immagine del materiale (verde chiaro) realizzato dal gruppo di ricerca guidato da McGrail, inpacchettato in una spugna metallica. Credit: Kevin Bullis

Diversi sono i soggetti (sia di natura aziendale che del mondo della ricerca) che operano a vari livelli per incrementare le prestazioni di questi dispositivi e ridurre tali svantaggi; segnaliamo, a tal proposito, l’attività condotta da un gruppo di ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), guidati da Pete McGrail. L’attività di ricerca di McGrail si è concentrata nello sviluppo di un materiale alternativo al silica gel, usualmente utilizzato dei chiller ad adsorbimento, in grado di fornire prestazioni decisamente superiori in termini di quantità di fluido adsorbito e di velocità di adsorbimento/desorbimento dello stesso. Da tale attività è uscito un meteriale caratterizzato da nanostrutture che si autoassemblano andando a costruire forme tridimensionali complesse. Tale materiale ha una porosità notevolmente superiore a quella del silica gel e, conseguentemente, una superficie di adsorbimento molto più estesa, in grado di “intrappolare” una quantità (in peso) d’acqua tre o quattro volte maggiore: ciò, evidentemente, si traduce nella possibilità di realizzare dispositivi decisamente più compatti. Il materiale, inoltre, forma legami con le molecole d’acqua più deboli di quelli che la stessa realizza con il silica gel, riducendo significativamente la quantità di calore necessario per il processo di desorbimento ed incrementando la velocità di adsorbimento/desorbimento di 50-100 volte.

Si ritiene che la riduzione del 75% delle dimensioni dei chiller di adsorbimento ottenibile mediante questo nuovo materiale sviluppato dal gruppo di ricerca del PNNL, possa costituire un incentivo alla diffusione di tali dispositivi anche per uso domestico.

Il progetto coordinato da McGrail ha ottenuto un finanziamento di 2,54M€ dall’Advanced Research Project Agency for Energy e in tre anni dovrà portare all’ottimizzazione del materiale ed alla relativa validazione in un dimostratore.

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Raffrescare attraverso l’energia solare: il solar cooling

Il ricorso a tecnologie capaci di impiegare  in maniera proficua  la radiazione solare è diventata una prassi ormai molto comune e vantaggiosa sia in ambito industriale, sia in quello civile. Gli sviluppi legati alle due principali tecnologie solari mirano costantemente alla ricerca di materiali o di soluzioni capaci di innalzare l’efficienza dei sistemi basati su di esse (a tale proposito si suggerisce di prendere visione anche degli articoli sul solare fotovoltaico e sul solare termico riportati in questo blog).

Un interessante filone di innovazione si occupa invece, in parallelo alle attività più classiche, appena citate, di identificare nuove applicazioni o modalità di utilizzo delle risorse messe a disposizione dalle due tecnologie solari.

Una soluzione particolarmente promettente si propone di utilizzare il calore raccolto dai pannelli solari termici impiegando l’acqua riscaldata (opportunamente miscelata ad un’altra sostanza) come fluido operativo all’interno di un ciclo frigorifero basato sul principio di funzionamento delle pompe di calore.

Fonte immagine: Ecoblog

La tecnologia prende il nome di Solar Cooling ed è resa disponibile grazie a delle particolari macchine termiche denominate chiller. Il concetto generale che sta alla base del funzionamento dei sistemi Solar Cooling è quindi rappresentato dalla possibilità di produrre freddo a partire da una sorgente di calore.

Gli schemi impiantistici solar cooling possono essere classificati secondo due categorie: gli impianti a ciclo chiuso e gli impianti a ciclo aperto.

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