La centrale solare a torre (o, se vogliamo usare il nome per esteso, a concentrazione a torre solare) rappresenta la concretizzazione di una nuova tecnica di conversione energetica. Questo impianto trasforma la potenza del sole in elettricità. Il principale vantaggio che presenta è la possibilità di sfruttare la concentrazione dei raggi solari, anche per una produzione intermedia di calore. In questo approfondimento illustreremo il funzionamento e i benefici di questi tecnologici stabilimenti e tenteremo di prevedere se il solare a torre possa davvero rappresentare il futuro di questa forma di energia.
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La centrale solare a torre singola
Una centrale solare a torre è essenzialmente costituita da tre elementi funzionalmente distinti. Presenta un’area di terreno che ospita un insieme di specchi, dotati di meccanismo di puntamento, chiamato eliostato. Presso questo spazio si innalza una torre, sulla cui sommità è installato un assorbitore di radiazione solare nonché un generatore elettrico. Questo si muove grazie a una turbina, la quale ruota grazie alla pressione del vapore prodotto dal calore che, a sua volta, è stato ricevuto dall’assorbitore.
Grazie all’elevato numero di eliostati, la temperatura raggiungibile dal ricevitore è molto elevata (circa 1000 gradi, quasi il doppio dei 550 a cui si ferma il parabolico lineare) ed è possibile ottenere da questo impianto un rendimento più alto rispetto ad altre note tecniche di solare termodinamico. Attualmente, si costruiscono impianti a concentrazione a torre singola o costituiti da più moduli adiacenti (ognuno con il suo campo di eliostati, la sua torre ed eventualmente la sua turbina o il suo generatore) in numero tale da raggiungere la potenza richiesta. Si mira a raggiungere una tecnologia a torre multipla nel prossimo futuro, per massimizzare il potenziale.
Nel caso di una centrale solare a torre singola di grandissima potenza è necessario ricorrere a campi solari molto estesi e torri molto alte. Il numero di eliostati sul terreno è generalmente basso alla periferia del campo, dove gli effetti di ombreggiatura diventano più acuti, ed elevato al centro.
Il brevetto CRS4
La domanda di brevetto depositata da Marco Cognoni ed Erminia Leonardi, ricercatori del CRS4, descrive una tecnica di progettazione e gestione che riesce a limitare sensibilmente l’occupazione di suolo. Parallelamente, abbassa anche l’altezza necessaria alle torri riceventi, incrementando il numero di eliostati per unità di superficie sul campo solare. Di fatto, semplifica enormemente la realizzazione di un impianto a torre, garantendo un luminoso, è il caso di dirlo, futuro a questa tecnologia.
Uno dei fattori che limita la potenza massima producibile da un singolo impianto a torre solare è la distanza crescente che separa la periferia degli eliostati dal ricevitore. Esistono fenomeni ottici, come l’attenuazione dei raggi riflessi dovuta all’atmosfera, errori di puntamento degli specchi, aberrazioni dovute a non perfetta planarità delle superfici riflettenti e, infine, limiti geometrici imposti dagli angoli formati tra sole, specchio e ricevitore che diventano sempre più determinanti nella diminuzione di efficienza nella raccolta luminosa, all’ampliarsi del campo solare.
Vi sono poi impianti nei quali, in cima alle torri, è presente solo l’assorbitore dei raggi luminosi. Mentre alla base abbiamo esclusivamente il gruppo termoelettrico. Altri ancora dove i due elementi convivono in alto o, magari, il gruppo termoelettrico è comune a molti ricevitori e localizzato a distanza.
Limiti e proposte
Indipendentemente dalle scelte progettuali, vi sono limiti di altezza imposti da ragioni tecniche ed economiche, così come vincoli di impatto visivo e ambientale che spingono a limitare il più possibile la prestanza delle strutture dell’impianto. Esattamente come accade per i generatori eolici. Più le torri saranno basse, più fitto sarà il campo di eliostati e più determinante sarà l’impatto delle ombre. La soluzione proposta dal CRS4 è un sistema che permetta, per ogni singolo specchio, di avere più di una torre verso cui, alternativamente, riflettere la luce.
Il brevetto propone una progettazione molto semplificata, in cui si decide solamente la densità di eliostati sul terreno. La loro geometria, e tutta la complessità del metodo per raggiungere efficienze elevate, viene demandata a un sistema di gestione dell’impianto che modifica a quale torre ogni specchio debba riferirsi, in ogni momento della giornata. Gli aggiustamenti a intervalli temporali sono nell’ordine dei minuti.
Gestire una centrale solare a torre
Il sistema di gestione di una centrale solare a torre si basa su un server di calcolo. Questo può contare su un insieme molto preciso di sensori, i quali rilevano costantemente posizione e orientamento di ogni specchio, rispetto alle torri dell’impianto. Nel server si esegue un codice che calcola in modo estremamente efficiente l’energia prodotta dall’impianto, e lo fa per ogni configurazione possibile degli specchi. L’obiettivo è cercare, in ogni istante, un settaggio tale da ottenere la massima esposizione possibile, data la posizione del sole e i valori di ogni altro parametro dell’impianto.
Il nucleo centrale del sistema di gestione è costituito da un algoritmo complesso. È questo elemento a ottimizzare, in tempi rapidi, una configurazione degli eliostati che conduca alla resa ottimale dell’impianto. La centrale solare a torre sfrutta fasci solari concentrati e permette maggior efficacia e risultati invidiabili, ben superiori a quelli che ci possono garantire gli impianti fotovoltaici attuali, anche i più grandi. Prima di poter godere appieno di questa tecnologia, però, bisognerà migliorarla e, su questo fronte, c’è ancora della strada da fare.
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