Lo Specchio Lineare II
fornisce energia solare termica anche in inverno e nei paesi nordici.
• Sia d'inverno che d'estate si raggiungono:
• 100 ºC per il riscaldamento degli edifici (usando l'acqua) e
• 180 ºC per i processi di riscaldamento industriali (usando l'olio)
• 9 kW potenza termica
La sua semplicità costruttiva consente un semplice funzionamento e un prezzo
conveniente: 6700 €.
La tecnologia dello Specchio Lineare II può sostituire il petrolio, il gas e il
carbone su larga scala. Con questo opuscolo vi mostriamo come e perché.
Lo Specchio Lineare II è certificato con il Solar Keymark, e quindi può
beneficiare degli incentivi pubblici per l'energia solare termica in molti paesi.
www.isomorph-production.it, [email protected]
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Sett. 2013
Descrizione
Lo Specchio Lineare II è costituito da una matrice di 8 singoli specchi di alluminio.
La matrice rimane fissa, soltanto i singoli specchi seguono il sole, concentrando la luce del
sole su un comune scambiatore di calore.
Questo scambiatore di calore è posizionato davanti alla matrice degli specchi (anch'esso in
una posizione fissa).
La superficie riflettente totale è di 13,8 m 2, la matrice degli specchi è larga 6m e alta 3m. Lo
scambiatore di calore è posizionato a 5 metri di distanza dalla matrice.
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Prestazioni
Lo Specchio Lineare II è stato tesato dai laboratori della Eurofins ed è stato certificato con il
Solar Keymark dalla ICIM (Milano). I risultati dei test sono resi pubblici sul sito web della
Isomorph Production. Eurofins ha misurato una potenza termica massima di 10.4 kW –
questo valore e' raggiunto a temperatura ambiente, e con una intensita' dell'iradiazione solare
di 1000 W/m2. In applicazione pratiche la temperatura sara' piu' elevata, e spesso il sole avra'
meno di 1000 W/m2. Percio' si aspeterebbe nella applicazione pratica una potenza di circa 9
kW per un normale giorno di sole.
power [kW]
power of Linear Mirror II
12
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
temperature difference [degree Celsius]
Potenza termica fornita dallo Specchio Lineare II in funzione della differenza di temperatura
tra lo scambiatore di calore e la temperatura ambiente, ad una radiazione solare di 1 kW/m 2
misurata dal laboratorio di misure della Eurofins.
La seguente figura mostra la potenza persa nell'ambiente in funzione della temperatura – la
potenza del dispositivo può essere determinata da questa distribuzione per qualsiasi intensità
della radiazione solare. Si noti che queste prestazioni non sono il risultato di simulazioni, sono
state ricavate dalle misure pubblicate dalla Eurofins.
Potenza termica
persa nell'ambiente in
funzione della
differenza di
temperatura tra
assorbitore e
ambiente, dalle
misure della Eurofins
power lost [W]
power lost to environment
1200
1000
800
600
400
200
0
0
3
20
40
60
80
100
temperature difference [degree Celsius]
120
La potenza fornita durante una giornata (con qualche nuvola durante la mattina) è riportata
nella seguente figura (blu). Lo Specchio Lineare II ha un sensore di luce il quale viene
utilizzato per portare gli specchi nella posizione verticale in caso di tempo nuvoloso in modo
tale da proteggere la superficie degli specchi dalla neve e dalla grandine. Il segnale fornito dal
sensore di luce viene mostrato per quanto riguarda le ore del mattino, dimostrando la
presenza delle nuvole durante quell'intervallo di tempo
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
:06 9:08 0:15 1:17 2:19 3:21 4:23 5:26 6:35
8
0
0
1
1
1
1
1
1
1
3928
3923
3918
3913
3908
3903
3898
light intensity, arb. units
power [kW]
power on 2.6.2013, Tortona
power
light intensity
time [hh:min]
Eurofins ha eseguito le prove nel contesto della certificazione Solar Keymark. La
certificazione Solar Keymark non considera l'utilizzo dell'olio termico. Di conseguenza le
prove sono limitate ad una temperatura massima di 100 ° C.
La Isomorph ha utilizzato lo Specchio Lineare II anche con olio termico fino alla temperatura
di 200 °C. Non avendo molta esperienza pratica con questo tipo di funzionamento, per il
momento dichiariamo conservativamente una temperatura massima di funzionamento di 180
°C.
Le buone prestazioni dello Specchio Lineare II ad alte temperature sono importanti non solo
per i paesi del nord, dove le temperature durante l'inverno possono essere molto basse, ma
anche nei paesi a bassa intensità della radiazione solare, ad esempio in luoghi con nebbia e
smog: la potenza termica fornita all'utente da un sistema solare è la radiazione incidente
meno le perdite della radiazione: P( provided)=P solar−Plost , dove Plost è funzione della sola
temperatura - Plost rimane alta anche quando l'energia ricevuta dal sole si riduce. Ad
esempio, se alla massima intensità della radiazione solare di 1 kW/m 2 un dispositivo perde il
25% dell'energia raccolta nell'ambiente, questo sistema perderà il 50% dell'energia ad una
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intensità di radiazione solare di 0.5 kW/m 2.
Considerando il fatto che questa perdita del 50% andrà ad aumentare alla presenza del
vento, il funzionamento di tali dispositivi diventerà instabile ed inaffidabile al ridursi
dell'intensità della radiazione solare. Avendo delle perdite di energia molto basse, lo Specchio
Lineare II ha delle prestazioni molto più stabili in un'ampia gamma di condizioni climatiche.
Confronto con lo stato dell'arte
Paragonato ad altri sistemi a concentrazione solare, come i parabolici, lo Specchio Lineare II
è molto più economico
A differenza degli specchi parabolici, i quali utilizzano tubi lunghi e delicati come scambiatori
di calore, lo Specchio Lineare II ha uno scambiatore piccolo e compatto. Essendo le perdite di
energia molto basse, lo scambiatore di calore non è protetto da un vetro nella sua versione
standard.
Rispetto ai collettori piani convenzionali o collettori a tubi sottovuoto, lo Specchio Lineare II è
molto più performante:
Per i sistemi convenzionali, nella maggior parte dei casi, le prestazioni sono riportate in base
a simulazioni, nonostante il fatto che i dati dei test esistono per tutti i sistemi solari.
Di solito questi dati reali sono mantenuti segreti, riportando invece le prestazioni dei
dispositivi in base alle simulazioni. Queste simulazioni di solito non sono corrette e sono
distorte in modo da fornire elevati rendimenti energetici.
Ad esempio, di solito, le simulazioni non tengono conto della capacità termica dei dispositivi
(nonostante la misura della capacità termica sia parte del processo di certificazione ed è ben
conosciuta) – tutti i collettori solari necessitano di portarsi alla temperatura di esercizio prima
di iniziare a fornire energia all'utente. Anche alla massima intensità solare, questa fase di
riscaldamento in un sistema convenzionale può durare anche più di 15 min, mentre al mattino
quando il sole irradia meno energia sul dispositivo, il tempo necessario per il riscaldamento
può arrivare ad un ora. Ogni volta che il sole si trova dietro ad una nuvola, il dispositivo inizia
a raffreddarsi, e deve riscaldarsi di nuovo quando il sole ritorna, prima che il dispositivo
riprenda il suo funzionamento.
Questi fatti non sono presi in considerazione dai programmi di simulazione, portando ad una
sovrastima delle prestazioni dei sistemi convenzionali.
(Lo Specchio Lineare II ha una capacità termica molto bassa, quindi non risente di questo
problema in modo rilevante).
Mentre le simulazioni non tengono conto della capacità termica, tengono conto invece della
radiazione solare diffusa. La radiazione diffusa ha tipicamente un intensità di 50 W/m 2 o
meno, che corrisponde alla perdita di calore di un sistema convenzionale a circa 20 or 30 °C.
Nell'utilizzo di questa radiazione, i programmi di simulazione di solito assumono che l'acqua
fredda (10 °C) è riscaldata fino a 25 °C.
Questo è diverso rispetto alla situazione reale, dove il problema principale è riscaldare
l'acqua da un bollitore da 30 °C in su. Di nuovo le simulazioni tendono a sovrastimare le
prestazioni dei sistemi convenzionali fino ad un fattore 2.
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Per quanto riguarda lo Specchio Lineare II noi pubblichiamo risultati reali presi da misure
effettuate in condizioni realistiche. Inoltre, Isomorph Production srl ha inserito uno Specchio
Lineare II online nel sito internet, in modo tale che uno possa vedere le prestazioni su base
oraria. Nella pagina web è disponibile anche uno storico dell'energia (www.isomorphproduction.it)
Vantaggi
Rispetto ai sistemi convenzionali non a concentrazione:
Lo Specchio Lineare II fornisce alte temperature anche in inverno e in presenza di
climi nordici ad alta efficienza. Questo a seguito delle piccole dimensioni dello
scambiatore di calore che comporta piccole perdite di energia con l'ambiente. Grazie
alle dimensioni ridotte, lo scambiatore di calore si riscalda in circa un minuto,
permettendo al dispositivo di usare al meglio l'energia solare anche in giornate
nuvolose.
Rispetto ai sistemi convenzionali a concentrazione:
Lo specchio Lineare II non è progettato per essere usato al deserto, ed il suo utilizzo non è
limitato nelle zone al sud dell'Europa. Lo Specchio Lineare II fornisce l'energia termica dov'è
richiesta, nelle case e nelle fabbriche europee - e lo fa in modo economico grazie al suo
basso prezzo.
Una caratteristica particolare dello Specchio Lineare II è la sua intelligenza: gli specchi
vengono portati in una posizione di parcheggio per proteggerli contro la grandine, la neve ed
il giaccio. Gli specchi sono spostati nella posizione di parcheggio anche quando l'energia non
è necessaria, eliminando la possibilità di surriscaldamento.
Lo Specchio Lineare II utilizza una
tecnologia solida e consolidata
Lo Specchio Lineare II si basa sullo “Specchio
Lineare” affermato dalla Isomorph srl e dalla
Isomorph Germany all'inizio del 2011 come un
prodotto industriale.
Lo Specchio Lineare ha ricevuto numerosi premi,
tra cui il Nuclear Free Future Award, ed è certificato
con il Solar Keymark
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Molti dei componenti dello Specchio Lineare sono usati anche nello Specchio Lineare II: gli
specchi, lo scambiatore di calore, l'elettronica di controllo. Soltanto la struttura meccanica è
stata cambiata – è stata ulteriormente semplificata. Quindi lo Specchio Lineare II è un
prodotto innovativo e rivoluzionario, ma allo stesso tempo la tecnologia su cui si basa è
collaudata ed affidabile.
Ritorno all'investimento
In base alle condizioni climatiche, uno Specchio Lineare II fornisce circa 8000 kWh di energia
all'anno, che corrisponde a 800 litri di gasolio, or 800 m 3 di gas.
All'attuale prezzo di vendita di 6.700 €, assumendo una produzione di 8000 kWh lo Specchio
Lineare II, anche senza le sovvenzioni statali si ripaga in 6 - 8 anni, dipendentemente dal fatto
che sostituisca il gasolio (ad un prezzo di 1.2 € per litro) oppure il Gas (0.8 € per m3) e
ipotizzando un incremento annuale del prezzo di 5%.
Quando si usufruisce degli incentivi statali, l'energia dello Specchio Lineare II diventa quasi
gratuita: per esempio, in Italia il programma “conto termico” paga 6.100 Euro di incentivi per
ogni sistema Specchio Lineare II. Se il dispositivo è parte di un sistema a raffreddamento
solare, l'incentivo sale a 8.500 euro – superando il prezzo dello dispositivo.
Money saved
35000
30000
Euro
25000
20000
Oil
Gas
15000
10000
5000
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
years
Dunque, per quanto riguarda la nostra conoscenza, lo Specchio Lineare II è il primo
dispositivo termico ad avere anche un significato economico, ed è quindi in grado di
sostituire il gas ed il petrolio su larga scala in modo economicamente fattibile.
Lo Specchio Lineare II è fatto di acciaio ed alluminio. E' quindi da aspettarsi una lunghissima
durata nel tempo. Se lo Specchio Lineare II dovesse danneggiarsi in un incidente, può essere
facilmente riparato.
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Integrazione
Spesso i sistemi convenzionali hanno problemi a fornire alte temperature (ad esempio in
inverno, al mattino o al pomeriggio), di conseguenza vengono fatti molti sforzi per gestire
anche l'acqua moderatamente calda mediante l'utilizzo di bollitori a stratificazione e i
corrispondenti sistemi di controllo. Di conseguenza, l'integrazione di un sistema solare
convenzionale risulta molto più costoso del sistema stesso.
Lo Specchio Lineare II non risente di questo problema: può sempre raggiungere temperature
elevate, anche in inverno. Risulta di conseguenza facile da collegare dal consumatore, non vi
è nessuna necessità di alcun sistema di stratificazione, o altri sistemi costosi. Una pompa di
circolazione, una valvola a tre vie ed un semplice bollitore ( tipicamente 1.500 Euro) sono
sufficienti.
Futuro
Nel futuro lo Specchio Lineare II verrà usato anche nella torrefazione e nella pirolisi. I primi
test hanno avuto successo e sono stati descritti in un articolo “First Measurements with a
Linear Mirror device of second generation” pubblicati in Smart Grid and Renewable Energy
nel luglio 2013. Questo ci permette di ottenere gas e bio-carbone dalla biomassa utilizzando
l'energia solare. In questo modo l'energia solare potrà essere conservata anche per lunghi
periodi di tempo – ad esempio si può produrre carbone-solare (CO2 neutral) in estate e
utilizzarlo nelle centrali elettriche in inverno.
Essendo la biomassa riscaldata esternamente in un sistema a pirolisi solare, ci si aspetta che
il gas e il carbone prodotti siano molto più puliti e di qualità più uniforme rispetto alla pirolisi
convenzionale la quale si avvale sempre di processi di combustione interna.
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Dimensioni
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