Discussione: Bus futuro per distribuzione di potenza

Carissimi,
riporto uno dei miei vecchi post che nella sezione riservata energoclub non vengono letti da nessuno.
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Tutti i generatori fotovoltaici producono tensione continua.
I generatori eolici di piccola potenza possono piu' facilmente erogare tensione continua.
Col passare degli anni, aumentano i carichi elettrici domestici alimentati internamente a tensione continua (esempio: computer, TV, alimentatori vari, lampade a risparmio energetico, media center, condizionatori con inverter, ecc.).
Guardando avanti (5...10 anni?), credo che si possa proporre al mercato di realizzare un bus domestico a tensione continua che possa raccogliere:
- energia da generatori fotovoltaici
- energia da piccoli aerogeneratori
- energia da fuel cell, con serbatoio per emergenza
- eventuale energia dalla rete a 50 Hz, in caso di necessita'
- sistemi di accumulo energetico centralizzato

Tale bus dovra' essere affiancato al normale impianto elettrico domestico, rispettando le normative IEC.
Tutte le prese e le spine di questo bus saranno diverse dalle attuali, e saranno ovviamente polarizzate, ci vorra' quindi una spina/presa dedicata.
La tensione del bus dovra' essere scelta con molta attenzione, forse andra' bene 42 V (tensione usata nell'automotive, quindi alta disponibilita' di componenti per quella tensione) oppure 60 V o altra tensione. Su questo argomento (miglior tensione) c'e' da fare una tesi di laurea.

L'uso di un bus a tensione continua con tensione simile a quella del generatore e del carico da comandare, permette la massima efficienza ed il minor costo. Sparirebbe cosi' l'inverter nel fotovoltaico nelle applicazioni dove non si richiede di mandare energia in rete.

Come vedete, c'e' molto lavoro da fare, anche per aziende produttrici, per progettisti e per installatori.

Esempio odierno: celle - inverter - carico costituito da alimentatore switching AC/DC - convertitore DC/DC per adeguare la tensione finale
Domani: celle - convertitore DC/DC per adeguare la tensione finale. Si saltano due passaggi, quindi due perdite di efficienza.

Un saluto a tutti
Mario


P.S.: quanti alimentatori/caricabatteria avete oggi sparsi per la casa? Sparirebbero tutti, sostituiti da piccoli convertitori POL (Point Of Load)

Un problema di fondo, comunque sormontabile, sulla realizzazione di un bus del genere, deriva dal fatto della sicurezza. Il circuito, se si realizza sotto i 50V può essere considerato un circuito SELV a tutti gli effetti. Essendo però una tensione "diversa" di quella di rete o meglio per impieghi speciali, per la CEI 64-8 la realizzazione si deve effettuare in tubazioni separate da quelle di rete.
Tutto ciò comporta un doppio impianto con l'aumento logcamente dei costi. Una soluzione possibile c'è che renderebbe l'edificio particolarmente HIGH-TECH. Si tratterebbe di realizzare un (per me) normalissimo impianto Bus, di qualsiasi marca e protocollo, ed affiancarlo all'impianto in continua che dici logicamente interfacciato, meglio ancora se sulla continua si riesce a far transitare il protocollo EIB!(Sarebbe una ****ta!, quante cose in meno!!!).
Ovviamente la sezione dei conduttori in continua e soprattutto alle tensioni che si ipotizzano(50V) saranno particolarmente Grosse e questo mi pare il freno più grande per la realizzazione.....

Caro brunovr,
se analizziamo il passato, in casa c'erano i cavetti della tensione di rete, quelli del telefono, quelli dell'antifurto, quelli del citofono, l'antenna TV, i cavetti delle casse acustiche, quelli del termostato ambiente e sicuramente altri cavetti.
Guardiamo avanti, chi ha detto che debbano essere necessariamente dei cavetti (magari in alluminio) e non dei battiscopa in alluminio industrializzati?

Sicuramente sulla continua si puo' sovrapporre un protocollo di comunicazione.

Ovviamente si avrebbe l'illuminazione di emergenza a LED in tutte le stanze, utile quando manca tensione.

Lo stesso sistema - se dimensionato opportunamente - puo' portare la potenza a dei "quadri" da appendere con la funzione di radiatori a infrarossi per il riscaldamento, azionati istantaneamente dalla presenza delle persone, nella massima sicurezza ed economia.

Ciao
Mario

non lo so.. mi pare strano.. tenendo appunto conto dei fabbisogni crescenti, ipotizzando plausibilmente contratti da 5kW con l'enel nei prossimi decenni, lavorare anche solo a 48vdc vorrebbe dire passare dagli attuali (complessivi e spannometrici) 10A a 100A, ovvero perdite centuplicate per effetto joule, costi superiori per installazioni etc etc.. inoltre utilizzando stabilizzatori per avere la tensione che ci serve dissiperemmo tutta la potenza (V alim - V utilizz)*I utilizz, sarebbe da determinara casa per casa la tensione ottimale in base ai consumi.. in fondo il motivo per cui si cerca di alzare il più possibile la tensione fino all'ultimo punto è proprio il risparmio energetico. si sa qualcosa di più a riguardo?

zintolo,
non hai letto bene il mio post, dove parlo di affiancare il bus a bassa tensione all'attuale sistema di distribuzione a 230 VAC.
Quindi la tua osservazione sull'aumento delle perdite non e' pertinente.
Ciao
Mario

Mario, o ribatti ogni cosa che dico per semplice ripicca, o ci fai!
leggiti bene il mio intervento e dimmi se (rivedendolo sapendo che parla di mettere in parallelo le linee) non funziona. si utilizza volutamente la tensione maggiore ed AC per il trasporto di potenza elettrica, proprio per diminuire le perdite.
senza tener conto dei costi per installare prese alternative e cavi di sezione molto elevata, con cosa ti troveresti al posto dei trasformatori normali da 230vac a Xvdc? tanti stabilizzatori dc-dc. nello stesso numero dei trasformatori che hai adesso. su questo punto quindi non si avrebbero miglioramenti. anzi!
riguardo le perdite, facciamo un breve calcolo:
supponiamo un 80% (che è veramente basso!) di efficienza per ogni singolo processo di ora: inverter e trasformatore. totale: 64% complessivo (ma ho messo rendimenti da età della pietra proprio per mettermi dalla parte del giusto).
supponiamo di alimentare il nostro sistema in dc a 48v (che necessitano già quasi 30mm² di cavi), con apparecchi alimentati a 30vdc avremmo (senza contare perdite lungo i cavi e costi di nuove linee e nuovi scavi per nuove canaline, peraltro di dimensioni notevolmente superiori se ci teniamo alla regola pratica dei 3A/mm²) già superato le perdite della doppia conversione. senza contare che gli standard di voltaggio dc (per apparecchi da casa) sono 5v (eta=10%) 12v(eta=25%) 13.8v(eta=28%) e talvolta 18v(eta=36%). e questo ripeto, SENZA tener conto dei costi di nuovi impianti e perdite lungo i cavi.

CITAZIONE (zintolo @ 8/10/2006, 18:46)

Mario, o ribatti ogni cosa che dico per semplice ripicca, o ci fai!
leggiti bene il mio intervento e dimmi se (rivedendolo sapendo che parla di mettere in parallelo le linee) non funziona. si utilizza volutamente la tensione maggiore ed AC per il trasporto di potenza elettrica, proprio per diminuire le perdite.
senza tener conto dei costi per installare prese alternative e cavi di sezione molto elevata, con cosa ti troveresti al posto dei trasformatori normali da 230vac a Xvdc? tanti stabilizzatori dc-dc. nello stesso numero dei trasformatori che hai adesso. su questo punto quindi non si avrebbero miglioramenti. anzi!
riguardo le perdite, facciamo un breve calcolo:
supponiamo un 80% (che è veramente basso!) di efficienza per ogni singolo processo di ora: inverter e trasformatore. totale: 64% complessivo (ma ho messo rendimenti da età della pietra proprio per mettermi dalla parte del giusto).
supponiamo di alimentare il nostro sistema in dc a 48v (che necessitano già quasi 30mm² di cavi), con apparecchi alimentati a 30vdc avremmo (senza contare perdite lungo i cavi e costi di nuove linee e nuovi scavi per nuove canaline, peraltro di dimensioni notevolmente superiori se ci teniamo alla regola pratica dei 3A/mm²) già superato le perdite della doppia conversione. senza contare che gli standard di voltaggio dc (per apparecchi da casa) sono 5v (eta=10%) 12v(eta=25%) 13.8v(eta=28%) e talvolta 18v(eta=36%). e questo ripeto, SENZA tener conto dei costi di nuovi impianti e perdite lungo i cavi.

zintolo mi ha battuto sul tempo, lo quoto in toto

semplice calcolo della serva:

100 w a 200 volt --> 0,5 A
100 w a 100 volt --> 1 A
100 w a 50 volt --> 2 A

e per la nota relazione P = V x I = r x I x I = r x I^2
passando da 200 a 50 volt avremmo un aumento enorme delle perdite di potenza

si dovrebbero installare nche cavi nettamente più spessi per sopportare le correnti necessarie
se le potenze in gioco diventassero decenti, ci sarebbe anche il problema di dissipare il calore sviluppato o utilizzare materiali in grado di sopportarlo

Odisseo

Diciamo che avete ragione tutti,nel senso che occorre verificare il costo di un nuovo impianto a bassa tensione (50 Volt) e confrontarlo con il miglior rendimento di un pannello fotovoltaico che potrebbe alimentare QUASI direttamente una lampadina.In questo modo si esclude l'inverter e gli sprechi per riottenere 220 Volt.
La sezione dei cavi incide solo sulle lunghe distanze,e non molto in ambienti domestici;sulle imbarcazioni si ricorre spesso a linee a 24 Volt,e si implementa il tutto con aero-generatori o fotovoltaico.

Zintolo,
scrivi giustamente

CITAZIONE

si utilizza volutamente la tensione maggiore ed AC per il trasporto di potenza elettrica,

ed e' proprio il trasporto su lunghe distanze che esige alte e altissime tensioni (in alcune parti del mondo si supera il milione di volt sugli elettrodotti).

Qui non sto parlando di trasporto ma di distribuzione in casa o in ufficio, su percorsi brevi dove il conduttore puo' essere costituito dal battiscopa in alluminio, per esempio, che - data la sezione - resterebbero forse piu' freddi dei cavetti attuali.

odisseo,
scrivi giustamente

CITAZIONE

e per la nota relazione P = V x I = r x I x I = r x I^2
passando da 200 a 50 volt avremmo un aumento enorme delle perdite di potenza

si, ma solo se ragioni a parita' di resistenza ohmica. Non ho mai scritto di usare come bus i cavetti usati oggi per distribuire la tensione di 230 VAC.

Questa tecnica puo' essere ora presa in considerazione grazie al fatto che i nuvi convertitori DC/DC di tipo POL (Point Of Load) hanno raggiunto rendimenti elevatissimi, impensabili solo pochi anni fa (a 5,0 V eta=95%).
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Come tutte le innovazioni, anche questa richiedera' molto tempo per essere capita e apprezzata.
Chi mi conosce, sa che ho avuto una "visione" equiparabile nel 1973 quando in Italia non c'era neanche un pezzo di un certo oggetto, oggi ce ne sono centinaia di migliaia. La lotta iniziale per farlo accettare e' stata molto dura, ma l'idea era vincente.

Ciao
Mario

dove trovo una tabella comparativa della conduttanza dei materiali che vengono utilizzati ?

Odisseo

Ciao Mario,
pensavo che per point of load intendessi un'anglofonizzazione dei punti dove sono installate le prese, invece ho trovato una tecnologia che non conoscevo e che non conosco, perchè il sito (questo come gli altri) non da nessun indizio sulla tecnologia applicata.
Rimango scettico sulle perdite, perchè supponendo di utilizzare materiali simili (ovvero resistività costante), ed utilizzando le formule classiche:

R= rho * ^L/_S
e W= R * I²

tenendo fisso il rapporto 3A/mm², ovvero legando l'aumento di ampère che scorrono nel cavo con la sua sezione, essendo comunque l'amperaggio responsabile quadraticamente sulle perdite, ritenevo che le perdite fossero superiori al beneficio ottenuto.

Sai qualcosa di più di questa tecnologia?

PS
da appassionato della PFM non posso che ringraziarti per la tua idea del '73

Ciao zintolo,
si, so qualcosa di piu', ma no ho tempo ..... sorry!

Ciao
Mario

P.S.: una sera ho suonato a casa di un chitarrista della PFM, mi conosci di persona?

appena riesci ad integrare leggerò volentieri.
non ti conosco di persona, ma se ho capito chi sei, la parola synthex non ti torna nuova.