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Discussione: Parabola solare a concentrazione per impianto di cogenerazione

  1. #1
    Novizio/a

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    Predefinito Parabola solare a concentrazione per impianto di cogenerazione



    Salve a tutti.
    Da circa un anno sono al lavoro per costruire un sistema sperimentale di cogenerazione basato su una parabola solare da 10mq, un motore/generatore ad apporto energetico esterno e un accumulatore termico di backup.

    In sostanza l'obiettivo è di raggiungere l'autonomia energetica per una villetta di 170 mq (casa mia).
    Le premesse sono buone, la casa è stata costruita con criteri molto severi per quanto riguarda la dispersione termica, in pratica i muri esterni spessi 40 cm hanno 30cm di solo isolante, solaio, interrato e tetto compreso.
    La casa è dotata di caldaia a metano ma è prevista l'attivazione solo in casi eccezionali.
    La parabola allo stato attuale provvede all'accumulo di acqua calda a 85 gradi durante le ore di insolazione, per poi distribuirla nell'impianto a termosifoni e al puffer sanitario durante le ore notturne oppure nelle giornate di cielo coperto.

    Tra poco inizierò la costruzione del sottosistema di generazione elettrica che sarà implementato nell'impianto, al momento in fase di studio avanzato. Posso solo dire che non impiegherà il "solito" Stirling, tanto decantato quanto introvabile, ma qualcosa di decisamente originale.

    Nelle specifiche progettuali è prevista una potenza elettrica di 1,2/1,5 kw e una termica di 8 kw, più che sufficienti per le mie attuali esigenze, considerati i bassi consumi energetici dell'abitazione (illuminazione ad alta efficienza con presenza di molti dispositivi a led).



    hp040.jpg

    clicca sulla foto per ingrandirla


    La parabola ha un diametro di circa 4 metri, una superficie lorda di poco meno di 10 mq, è costruita in elementi in materiale composito e pesa circa 60 Kg (senza la struttura di supporto).
    Quest'ultima, come si può vedere dalle foto è realizzata in tubolare metallico e offre due gradi di libertà, visto che questo è fondamentale per la corretta messa a fuoco nel collettore solare.

    Il sistema di inseguimento utilizza due motori di produzione commerciale ed è pilotato da un circuito a microprocessore disegnato appositamente. L'errore massimo (verificato) è di circa 1/2 grado.
    In caso di cielo coperto od ore notturne il sistema provvede al parcheggio della struttura in posizione di riposo.

    La parabola è suddivisa in spicchi per facilitare il trasporto e la posa in opera e richiede una struttura di supporto di relativamente facile realizzazione.
    Un particolare dispositivo permette la regolazione fine della profondità focale, realizzando in pratica una sorta di "ottica adattiva".
    La superficie è rivestita di una pellicola solare "professionale" in grado di garantire un riflettività del 96%, è composta da una pellicola in PMM di pochi micron sulla quale sono stati depositati per vaporizzazione uno strato di argento e uno di rame.

    Nella versione solo termica, nel collettore solare circola del glicole etilenico pressurizzato a circuito chiuso che alimenta uno scambiatore immerso in una cisterna coibentata sotterranea da 2000 litri.
    Un secondo scambiatore provvede a prelevare il calore accumulato e riutilizzarlo nel circuito interno di riscaldamento, inserito in serie alla caldaia a gas.

    Nella versione a cogenerazione termica + elettrica, il fluido di lavoro è invece il gas elio, per poi ricollegarsi al circuito sopradescritto.

    L'impianto sta funzionando da alcuni mesi e mi sta dando molte soddisfazioni, anche se il vero collaudo potrà avvenire solo nei prossimi mesi invernali.
    Una volta perfezionato il tutto, probabilmente penserò ad una versione commerciale, almento per recuperare le spese di sviluppo.

    Se qualcuno è interessato posso fornire gli elementi base dell'impianto, ovvero gli elementi in vetroresina, la pellicola solare ad alta efficienza, gli elementi metallici di unione (tagliati al laser) ed eventualmente anche l'elettronica di inseguimento. Si prega di contattarmi in MP.

    Cordiali saluti

    Eugenio





    hp041.jpg
    clicca sulle foto per ingrandirle

    hp046.jpg
    Ultima modifica di helios23; 25-10-2011 a 17:56

  2. #2
    Appassionato/a

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    Predefinito Impressionante

    Prima di tutto i miei complimenti: un lavoro veramente impressionante !!

    Molto bella la parabola e interessante il sistema di accumulo del fluido caldo.
    Volevo chiedere una cosa: in che zona è situato l'impianto ?

    Ovviamente rimane la curiosità del sistema di generazione elettrico !!

    Saluti

  3. #3
    Novizio/a

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    Quote Originariamente inviata da sonny63 Visualizza il messaggio
    in che zona è situato l'impianto ?
    In provincia di Gorizia, in prossimità dell'aeroporto di Ronchi dei Legionari.
    Grazie per i complimenti.

  4. #4
    Appassionato/a

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    Ok. Io sono della parte Nord della prov. di Padova ........quindi il soleggiamento è praticamente analogo.
    E' nei miei sogni realizzare una parabola analoga (sempre in vtr e pellicola riflettente) da destinare a produzione di acs e integrazione riscaldamento.
    Ha dei dati relativi alla "produzione" durante tutto il periodo dell'anno ?
    Che tipo di pellicola riflettente ha utilizzato ?

    Grazie anticipatamente

  5. #5
    Monumento

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    Grande, grandissimo!
    Complimenti.

  6. #6
    Monumento

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    Salve Helios
    Intanto rinnovo l'apprezzamento per la realizzazione a dir poco professionale e nel contempo per tutte le altre scelte concretamente ambientaliste, in ogni aspetto della realizzazione della abitazione.
    Ora, alcuni quesiti.
    -Il metacrilato di metile è abbastanza sensibile a graffi e abrasioni. Hai pensato alla possibilità di rovesciare parzialmente la parabola in modo da ridurre la esposizione ad una eventuale grandinata?
    -In caso di forte vento, 10 m2 sono una notevole superficie esposta. Senza scendere in calcoli e dimensionamenti che sicuramente avrai affrontato, è prevista la possibilità di disporla di taglio al vento? Il vincolo al "carico vento" è costituito dal perno centrale?
    -Il ruotino di color giallo costituisce il motore di rotazione?
    -L'inseguimento è del tipo astronomico o tramite sensore ottico? (mi pare di vedere il cupolino trasparente di un possibile sensore nella parte bassa della fessura...)
    -Pur senza volerti costringere a svelare un "trucco" professionale, gli spicchi di materiale composito, sono forse in vetroresina?
    -La logica a microprocessore, prevede anche la messa fuori servizio (fuori fuoco) al raggiungimento, in estate, della massima temperatura di esercizio e accumulo?
    Ciao
    Will

    Ps
    Sono molto curioso di conoscere la soluzione costruttiva "termoelettrica". Si tratta forse di una caldaia a gas (con scambiatore) come quella della famosa centrale di Adrano?
    Ultima modifica di Wilmorel; 27-10-2011 a 18:03

  7. #7
    Novizio/a

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    -Il metacrilato di metile è abbastanza sensibile a graffi e abrasioni. Hai pensato alla possibilità di rovesciare parzialmente la parabola in modo da ridurre la esposizione ad una eventuale grandinata?

    >No, la meccanica attuale non lo consente, ma da verifiche effettuate la grandine non dovrebbe causare troppi danni alla pellicola, sempre ammesso che non sia un fenomeno eccezionale (da perforare la parabola).

    -è prevista la possibilità di disporla di taglio al vento? Il vincolo al "carico vento" è costituito dal perno centrale?

    >Si, è previsto un anemometro che interviene ad una certa intensità e che dispone la parabola in "parcheggio" orizzonale.

    -Il ruotino di color giallo costituisce il motore di rotazione?

    > Esatto, è collegato ad un motoriduttore.

    -L'inseguimento è del tipo astronomico o tramite sensore ottico?

    > Si tratta di un puntatore ottico piuttosto sofisticato, in grado di "interloccare" la posizione del sole senza sfarfallamenti.
    Di notte e in caso di scarsa luminosità il sistema parcheggia la parabola in posizione iniziale.
    Il sistema a tabelle delle effemeridi richiedeva dei trasduttori angolari (encoder assoluti) troppo complessi e costosi.
    Il tutto è gestito di un microcontroller appositamente programmato.

    -Pur senza volerti costringere a svelare un "trucco" professionale, gli spicchi di materiale composito, sono forse in vetroresina?

    > Esatto, sono elementi in vetroresina laminati in un apposito formatore. Per dare un'indicazione della loro precisione, posso dire che il fuoco effettivo nel collettore ha un diametro di circa 15 cm. Dunque il fattore di concentrazione è circa 600.
    Quresta soluzione ha permesso una realizzazione robusta, affidabile, facile da trasportare e assemblare e non troppo costosa.
    Ho disponibile una serie di elementi, se qualcuno è interessato ne possiamo parlare in MP.

    -La logica a microprocessore, prevede anche la messa fuori servizio (fuori fuoco) al raggiungimento, in estate, della massima temperatura di esercizio e accumulo?

    >Non solo, ma anche in caso di sovratemperatura del collettore solare, del tank di accumulo, di malfunzionamenti in genere, di vento eccessivo e ovviamente di notte.

    -Sono molto curioso di conoscere la soluzione costruttiva "termoelettrica".

    >Si tratta di un generatore rotativo con caratteristiche innovative, che dovrebbe risolvere i noti problemi degli Stirling.
    In merito a questi, il fatto che non si trovi nulla in commercio è indice che i problemi costruttivi e di resistenza dei materiali siano abbastanza complessi. Da qui un'idea in fase di avanzato sviluppo per affrontare il problema da una diversa prospettiva.
    Ne potrò parlare quando avrò un prototipo funzionante a disposizione.

    Cordiali saluti a tutti

    Eugenio (Gorizia)

  8. #8
    Monumento

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    Sarò noioso, ma ti rinnovo i complimenti per il tutto ed in particolare per la determinazione con la quale stai studiando questo motore innovativo.
    Ringrazio anche per le puntuali e precise risposte.
    Auguri, o se preferisci, in bocca al lupo!
    Will

  9. #9
    Appassionato/a

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    Prima di tutto complimenti! un lavoro meraviglioso, ma si può sapere se con l'abbassamento progressivo delle temperature il sistema è sufficente a riscaldare la casa?
    Marco
    Guardare indietro per andare avanti.

  10. #10
    Novizio/a

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    Quote Originariamente inviata da marcoghiandai Visualizza il messaggio
    Prima di tutto complimenti! un lavoro meraviglioso, ma si può sapere se con l'abbassamento progressivo delle temperature il sistema è sufficente a riscaldare la casa?
    Marco
    Il problema è che in inverno oltre alle temperature diminuscono anche le ore di insolazione, dunque si riduce anche la resa dell'impianto.
    Il serbatoio ha comunque abbastanza capacità termica per sopperire alle necessità delle ore notturne ed in caso di bisogno la caldaia a gas interviene automaticamente. Si tratta di una caldaia a condensazione ad alta efficienza, collegata in serie all'uscita dello scambiatore di accumulo.
    Nella prossima primavera potrò fornire un report completo con le informazioni ottenute dal datalogger installato nell'impianto con lo scopo di monitorizzate tutti i parametri operativi ed ambientali. Siamo nel campo dello sperimentale, dove al momento non possono esistere dati certi.
    Vedremo se la realtà si discosterà molto dalla teoria.

    Saluti

    Eugenio
    Ultima modifica di helios23; 30-10-2011 a 19:32

  11. #11
    Appassionato/a

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    Grazie per l'attenzione e a risentirci prossimamente.

    Marco
    Guardare indietro per andare avanti.

  12. #12
    Seguace

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    Non posso che aggiungermi ai complimenti per una realizzazione a livello praticamente industriale.
    Una domanda, che deriva dalla cura che hai dimostrato nella scelta dei materiali:
    l'assorbitore e le linee che lo collegano al generatore e/o allo scambiatore come sono isolati? Per l'assorbitore in particolare hai usato il sottovuoto e/o superfici spettralmente selettive?

    Saluti

  13. #13
    Novizio/a

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    Quote Originariamente inviata da janvaljan Visualizza il messaggio
    l'assorbitore e le linee che lo collegano al generatore e/o allo scambiatore come sono isolati? Per l'assorbitore in particolare hai usato il sottovuoto e/o superfici spettralmente selettive?
    Per il momento "l'illuminatore" è un componente molto... provvisorio, questo è il terzo da me sperimentato ed altri sicuramente verranno.
    E' costruito da una griglia di tubi inox AISI 316 saldata a TIG, rivestito da grafite polverizzata per aumentare il coefficiente di assorbimento. La coibentazione esterna è realizzata con fibra ceramica, chiusa da una cassa in lamiera di inox AISI304.
    E' stato pensato originariamente per lavorare con un fluido gassoso (elio) ma le prove hanno evidenziato che non si presta a lavorare con il glicole. Ne sto facendo uno nuovo con una serpentina di diverso disegno che dovrebbe andar meglio.
    I tubi sottovuoto li ho provati ma sono tutti esplosi dopo pochi secondi per la dilatazione termica del vetro. Dovrei provare con il Pirex ma al momento preferisco concentrarmi a risolvere i problemi più urgenti.
    I tubi flessibili che portano il glicole al tank di accumulo sono in uno speciale tecnopolimero a base butadienica in grado di resistere a 130 gradi (il nome non me lo ricordo), sono inoltre isolati termicamente con una guaina di neoprene espanso con spessore 10 mm. Successivamente verrano avvolti con un tessuto in Nomex per proteggerli meccanicamente.
    Lo stesso sarà fatto anche per le aste di supporto dell'illuminatore, usate come pipeline per il glicole.

    Apprezzerei molto dei suggerimenti su come migliorare il rivestimento fotoassorbente.

    Saluti

    Eugenio

  14. #14
    Monumento

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    Quote Originariamente inviata da helios23 Visualizza il messaggio
    ...
    Apprezzerei molto dei suggerimenti su come migliorare il rivestimento fotoassorbente.
    ....
    Salve Eugenio
    Potrebbero esserci diverse soluzioni, ma alcune problematiche per le temperature potenzialmente elevate raggiungibili dalla caldaia.
    Quella che mi sembra più praticabile e alla portata di un hobbista consiste nell'applicare un rivestimento elettrolitico di rame alla superficie esterna della caldaia, seguito da decapaggio e "passivazione" ad ossido rameoso, quello di colore bruno rossastro, che ha la proprietà di essere selettivo, cioè con valori differenti di assorbanza ed emittanza (non ricordo i valori).
    Per la realizzazione pratica, chiedi maggiori informazioni ad una ditta che faccia trattamenti galvanici, precisando che intendi utilizzare l'oggetto con la superficie ossidata.
    Una modalità per ossidare artigianalmente il rame, consiste nel portarlo, con una fiamma ossiacetilenica al colore violetto in presenza di aria o eccesso di ossigeno.
    Non so però dirti in quale misura l'ossido rameoso sia stabile...

  15. #15
    Novizio/a

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    Quote Originariamente inviata da Wilmorel Visualizza il messaggio
    Salve Eugenio
    Potrebbero esserci diverse soluzioni, ma alcune problematiche per le temperature potenzialmente elevate raggiungibili dalla caldaia.
    Quella che mi sembra più praticabile e alla portata di un hobbista consiste nell'applicare un rivestimento elettrolitico di rame ...
    Grazie, verifico se in zona c'e' una ditta in grado di fare il trattamento.
    Altrimenti insisto con la grafite, possibilmente cercando un binder adeguato, cioè una resina in grado di resistere ad alte temperature.

  16. #16
    Seguace

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    Ciao helios

    in una precedente discussione avevo segnalato un documento che spiega esaustivamente i materiali migliori, ossia "spettralmente selettivi" http://www.nrel.gov/csp/troughnet/pdfs/31267.pdf

    avevo anche allegato una mia traduzione http://www.energeticambiente.it/atta...modinamico.pdf

    Molte delle tecnologie proposte sono ad alto livello tecnologico (richiedono PVD e CVD) ma ti puoi fare un'idea di quali sono i materiali più idonei e quali le caratteristiche da ottimizzare.

  17. #17
    Novizio/a

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    Quote Originariamente inviata da janvaljan Visualizza il messaggio
    Ciao helios
    in una precedente discussione avevo segnalato un documento che spiega esaustivamente i materiali migliori, ossia "spettralmente selettivi" http://www.nrel.gov/csp/troughnet/pdfs/31267.pdf ....
    Grazie per il contributo. Ho letto il documento ed è davvero interessante ed esaustivo.
    Forse non sono tecnologie abbordabili a livello semiamatoriale ma contiene molti suggerimenti utilissimi.
    Vedrò cosa posso ricavarne.
    Grazie ancora.

    Eugenio

  18. #18
    Monumento

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    Il prof, Giovanni Francia, negli anni 70, costruì a S.Ilario di Genova una centralina solare termica a concentrazione, sperimentale, che oltre ad altre caratteristiche innovative, aveva un ricevitore munito di una "trappola ottica" a tubi di vetro Pirex anteposti alla caldaia vera e propria.
    La funzione era quella di limitare il reirreggiamento infrarosso dalla bocca del ricevitore.

  19. #19
    Novizio/a

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    Uhmm, quel nome l'ho già sentito, anche se non ricordo bene in quale contesto.
    Hai qualche dettaglio in più sul sistema di ricezione?

  20. #20
    Monumento

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    Predefinito

    Giovanni Francia, nato a Torino nel 1911 e morto a Genova nel 1980, è tra i grandi pionieri dell’energia solare del Novecento. Matematico, fisico, ingegnere, professore, agli inizi degli anni sessanta sviluppò e sperimentò presso la stazione solare di S.Ilario (Genova, Nervi), da lui fondata nel 1964, i primi prototipi al mondo di centrali solari termiche a concentrazione lineare e puntuale a campi specchi piani tipo
    Fresnel. Le ricerche di Francia condussero nel 1981 alla messa in esercizio in Sicilia, nelle vicinanze di Adrano (Catania), della centrale solare Eurelios. L'impianto, della potenza di 1 MWe, era al tempo la prima e più grande centrale solare al mondo capace di produrre e immettere in una rete nazionale energia elettrica generata con il calore del sole. Le invenzioni di Francia sono di nuovo tornate attuali e trovano applicazione in innovativi impianti solaritermodinamici in sviluppo e costruzione in vari paesi, tra i quali Stati Uniti, Spagna e Australia.

    "fonte: Gruppo storia energia solare"

    Una sorta di "padre spirituale" di ogni cultore del termodinamico solare...

    Non riesco a ripescare una vecchia foto di quel ricevitore. Vado a memoria, vediamo se riesco a descriverlo.
    Il concetto del dispositivo è quello di ridurre il reirraggiamento nell'infrarosso e i moti convettivi attorno alla bocca della caldaia.

    I tubi di vetro Pirex, di diametro inferiore ad 1/10 della apertura della caldaia, e di lunghezza fra 5 e 7 il diametro, erano disposti a "nido d'ape" davanti alla caldaia stessa, con l'asse secondo la provenienza dei raggi. I tubi erano "appoggiati" alla superficie della caldaia.
    Ricordo di aver visto una foto con una serie di tubi parzialmente deformati o fusi dall'elevato calore sviluppato dal campo di specchi.

    La caldaia della centrale di Adrano, costruita successivamente a quella di S.Ilario e di caratteristiche differenti, è conservata nel Museo dell'industria e del lavoro a Rodengo Saiano.

  21. RAD
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