Ingegneria, Tecnologie, Robotica, Meccatronica, Energia e Cenni di scienze

8 luglio 2015

Trade off tra produzione e accumulo in un sistema fotovoltaico ad isola (o stand alone)

Rubrica: Accumulo dell’energia | Le domande dei lettori

Titolo o argomento: L’analisi delle diverse esigenze domestiche (le variabili) e l’educazione al consumo (la costante) rappresentano la base per il calcolo di un impianto correttamente bilanciato

Risponendo a: Massimo

Massimo scrive: Nel 2014, in base a dati che ho trovato in rete, la produzione energetica da fotovoltaico si è attestata intorno ai 23.299 GWh rappresentando quasi il 9% della produzione interna.

La diffusione del fotovoltaico “familiare” non porta grandi benefici per l’utenza domestica in quanto non ricava molto dalla vendita dell’energia prodotta.

Nel corso dei test delle soluzioni di accumulo che hai individuato hai trovato un trade off tra potenza in accumulo installata e superficie fotovoltaica di produzione, ossia un rapporto tra potenza installata in accumulo e potenza teorica prodotta?

A tuo avviso, la soluzione migliore è disporre di un accumulo sufficiente alla produzione massima prevista oppure ad un accumulo parziale (da cui attingere per uso domestico) per poi immettere in rete il residuo eccedente? Ammesso che sia fattibile.

Ti chiedo questo per capire se sia possibile pensare ad un sistema che garantisca un guadagno immediato dato dall’uso “in loco” dell’energia prodotta, da un carico in linea dell’eccedenza e da un costo accettabile garantito da una potenza di accumulo che garantisca il solo uso domestico dell’energia prodotta. Grazie degli spunti di riflessione che offri e buona giornata.

Analisi delle esigenze, educazione al consumo e bilancio

Buongiorno Massimo, la risposta alla tua prima domanda è affermativa ed ovviamente nei miei casi di studio ho rilevato un consistente trade off come professionalmente l’hai chiamato tu. Il sistema deve essere opportunamente bilanciato altrimenti è sufficiente una settimana di pioggia (esempio di test che ho condotto per mesi e mesi) e l’accumulo non riceve più nulla di significativo. Da questo punto di vista posso accennarti che c’è chi ha preferito sovrabbondare sul sistema di accumulo mantenendo un impianto fotovoltaico standard e chi ha preferito fare il contrario installando un impianto fotovoltaico sovrabbondante rispetto all’accumulo al fine di garantire la ricarica anche in condizioni sfavorevoli (es. cielo nuvoloso). Ci arriviamo per gradi nel seguito, considera in ogni caso che l’analisi delle diverse esigenze domestiche (che rappresentano le variabili) e l’educazione al consumo (che rappresenta la costante imprescindibile) sono di fatto la base per il calcolo di un impianto correttamente bilanciato. Tutti i calcoli, in gergo definiti “della serva”, vengono dopo.

Vantaggi

Premesso che stiamo parlando comunque di tecnologie ormai vecchie che gradualmente sto abbandonando o, in alcuni casi, modificando abbondantemente (anche se la massa le considera nuove perchè ne sente parlare solo ora), ognuna delle due opzioni ha, ovviamente, vantaggi e svantaggi. Naturalmente nel primo caso si ha una lunga autonomia anche in assenza di sole (in una casa di 100 mq con normali utenze e un’accumulo ben studiato ma dalle prestazioni limitate per contenere i costi, circa una settimana) mentre nel secondo caso si ha un impianto fotovoltaico più ingombrante ma che produce quantità utili di energia anche con poco sole.

Svantaggi

Se si abbonda con il sistema di accumulo d’altra parte si hanno costi iniziali molto alti e la necessità di acquistare solo materiale eccellente (tipo di educazione che purtroppo non ha successo nel nostro paese per ragioni che tratteremo adeguatamente in articoli dedicati), così come la consapevolezza che prima o poi l’accumulo andrà integralmente sostituito, quantomeno gli accumuli oggi proposti in commercio). Fare la scelta inversa implica la necessità di abbondanti spazi per l’installazione dei moduli fotovoltaici con tutti i problemi che ne seguono (disponibilità di spazio, vincoli, permessi, interferenze strutturali, barriere architettoniche e/o naturali, estetica, ecc..).

Cenni sui fattori influenti

Può sembrare fuori tema ma molto dipende, prima di ogni altra cosa, dall’educazione di una famiglia all’uso dell’energia. Banalità come l’uso di computer portatili al posto dei fissi, l’adozione di luci con cella di presenza che quindi si spengono automaticamente, elettrodomestici di alta gamma (quindi non quelli ai quali siamo abituati di solito, ci sono infatti particolari elettrodomestici* che offrono consumi minimi e che ti posso garantire non sono né pubblicizzati né si trovano nei normali negozi o grandi superfici), il numero di donne presenti in un’abitazione e molto altro che non possiamo pubblicare, per ragioni di riservatezza, influiscono molto sulle prestazioni dell’impianto.

Un esempio inaspettato

In una famiglia con padre, madre e 3 figlie femmine (caso che mi è capitato spesso), gli asciugacapelli sono accesi molto di frequente e con assorbimenti considerevoli per ben 4 dei 5 componenti del nucleo familiare. Questo è un tipico modo per abbattere la capacità delle batterie, siano esse al piombo o agli ioni di litio. L’asciugatura dei capelli con sistemi di deumidificazione (cosa che ho testato per anni e che sono solito fare in inverno), oltre a rappresentare a mio avviso un beneficio per i capelli ed il cuoio capelluto (che non vengono stressati dal consistente calore localizzato) permette un’asciugatura rapida e con consumi esigui (certo anche in questo caso dipende molto da come è stato realizzato l’impianto di deumidificazione e dalle caratteristiche dell’abitazione).

Una corrente di pensiero diversa

Dubito però che gli italiani desiderino usare un manuale di utilizzo della casa simile a quello di una procedura pre-volo. Troppo complicato, impegnativo, atipico e comprensibile più dagli appasionati di autentica tecnologia che dalla massa. L’abitudine alla comodità rappresenta un forte limite per lo sviluppo di un paese al punto che quando si diventa schiavi delle comodità non ci si rende conto che con un minimo di impegno e organizzazione si può invece diventare “liberi” (cosa di ben altro valore la quale a mio avviso non ha prezzo).

La messa in rete

La messa in rete, secondo il mio modesto pensiero (ma io non pretendo di essere nel giusto), è completamente inutile alle condizioni attuali, anche per tutti i problemi e le discussioni che stanno emergendo tra società elettriche, nazione, gestore dei servizi, installatori, utenti, ecc.. Inoltre se viene prodotta energia eccedente, questo si verifica solo per alcuni mesi all’anno e tale energia può essere agevolmente impiegata, tramite opportuna programmazione hardware, per migliorare ulteriormente il clima domestico non solo per quanto concerne la temperatura bensì anche per la deumidificazione calibrata ed il ricambio dell’aria controllato con un guadagno impressionante in termini di salubrità dell’aria (ricordiamo che l’ambiente domestico, anche se può non sembrare, è quanto di più inquinato c’è a questo mondo per via delle polveri, della presenza sovrabbondante di formaldeidi, per le percentuali notevoli di anidride carbonica che si accumulano, per i materiali da finitura, ecc.) e di qualità della vita. Quindi un’eccedenza, se un impianto è ben fatto, non si verifica mai.

Per fortuna esiste lo Smart Grid (anche per uso privato)

Se utilizzassimo addirittura Smart Grid di quartiere (indipendenti quindi dalla rete, altra tecnologia sconosciuta ai più in Italia, nonchè scarsamente stimolata) allora sarebbe utilissimo mettere in rete (mi riferisco sempre e solo all’interno di un quartiere) l’energia affinchè ad esempio le famiglie che la mattina escono per recarsi a lavoro e che dispongono di un sistema di accumulo con uno stato di carica ottimale, redistribuiscano a costo zero l’energia eccedente, prodotta ad esempio dal loro fotovoltaico, alle casalinghe o a chi lavora in casa. Viceversa otterranno nuovamente dallo stesso Smart Grid energia supplementare all’occorrenza non appena il sistema rileverà la loro presenza in casa e l’aumento dei carichi elettrici.

Una corrente di pensiero diversa – Parte seconda

Ma se qualcuno riesce a mettere d’accordo anche solo le famiglie di un condominio italiano mi faccia sapere… perchè stiamo attraversando una fase di individualismo puro ed un immane timore di essere fregati (cosa che generalmente porta a fidarsi di chi non si deve e a non fidarsi di chi lo meriterebbe; tipico ormai e largamente trattato sui testi di psicopatologia).

La fisica sostiene l’autoproduzione, l’autoconsumo e le reti a corto raggio

Mettere in rete per inviare energia elettrica alle società elettriche è impegnativo anche da un punto di vista prettamente “fisico” per le enormi dispersioni di energia lungo i cavi. Mettere in rete sulle brevi distanze è tutt’altra cosa. Ad esempio in un gruppo di villette a schiera, realizzare uno o due sistemi di accumulo, oltre a costare meno se diviso per più famiglie, ottimizza l’accumulo e la gestione dell’energia in quanto è molto meno probabile che vi siano degli sprechi. Quando il mio impianto è carico ad esempio, l’energia irraggiata dal sole viene sprecata dai miei pannelli e non va in rete nemmeno ai miei vicini perchè non abbiamo ancora il nostro Smart Grid personale. D’altra parte se avessi messo in rete la mia energia, l’impianto non sarebbe più stato di mia proprietà, non avrei potuto progettarlo come dico io, non avrei potuto usare l’energia prodotta solo per me e non avrei potuto disdire i contatori. Quindi quando produco energia eccedente effettuo un’azione sul clima dell’abitazione, sull’umidità e sulla ventilazione con un comfort a dir poco sbalorditivo tutto l’anno.

Una corrente di pensiero diversa – Parte terza

Altro problema poi, particolarmente evidente in Italia, è che molti, quando sentono parlare di certe tecnologie, incentivi, ecc., pensano in primis a come poterci guadagnare; quasi mai pensano alla reale utilità che ha una cosa, ai fenomeni conseguenti legati alla domanda-offerta, alla libertà che se ne può trarre. Un mio amico di infanzia, smanettone, ha acquistato non so quanti impianti negli ultimi 10 anni con lo scopo di ridurre le bollette e, ove possibile, guadagnarci su. L’ho osservato attentamente ed il risultato è stato che ha speso ben 40 volte di più di quanto avrebbe speso rimanendo con i normali contatori luce e gas. Questo perchè ha approcciato il problema in malo modo, ed ha continuato a rimbalzare da un impianto all’altro in base a quale sembrava risultare conveniente al momento. Per essere chiaro l’ultimo esempio è stato quando ha sostituito la caldaia di casa a metano con una a pellet, poi quando l’iva sul pellet è cresciuta ha rimesso la caldaia, ma non quella che aveva prima, un nuovo modello a condensazione, senza fiamma pilota, ecc.. Ha speso un patrimonio e non ha tratto alcun beneficio (questo perchè, come abbiamo spiegato nell’articolo “Tecnologie innovative al bivio: Una riflessione diversa” le regole sono cambiate durante il gioco e non al suo termine). Tanti altri esempi si potrebbero citare su chi ha investito nei campi fotovoltaici e non è riuscito a ritornare dell’investimento perchè dal 2006 a oggi gli aggiornamenti legislativi sono stati tali da mandare in confusione chiunque. L’approccio fisico è molto più costante come resa, nonché logico e ordinato. Si studia fisica generale 1 e 2 (e tutte le espansioni necessarie), si opta per il sistema fisico che si preferisce, lo si fa da soli liberi da vincoli e lo si porta a termine nel tempo senza particolari problemi. Ma questo non è alla portata di tutti ovviamente, però trattandosi di una strada che funziona, di una valida alternativa, è importante quantomeno far sapere che si può.

*Dispongo infatti di particolari elettrodomestici in tutta casa sin dai primi anni ’90, quando ero bambino e per nulla interessato a questo mondo (all’epoca fu mio padre ad aver visto lungo…). Sono costati in alcuni casi il doppio ed in altri persino il triplo rispetto ai comuni elettrodomestici dell’epoca. Durano da oltre 25 anni senza rotture, senza spese di manutenzione e tantomeno senza sostituzioni e consumano meno degli attuali elettrodomestici in classe A+++. Però quando negli anni ’90 si parlava di questi elettrodomestici così sofisticati e costosi, nessuno era interessato ad affrontare simili spese per una classe di prodotti che lasciava indifferenti (non si trattava di cabriolet dai colori vivaci). Il risultato è stato una spesa maggiore per quegli utenti che hanno preferito spendere meno in principio in quanto, cambiare in 25 anni anche solo 5 volte tali elettrodomestici, ha comportato un costo superiore senza considerare tutte le chiamate alle assistenze ed i pezzi di ricambio. Guardare avanti porta vantaggi incalcolabili; questo paese però, come molti altri, ha sempre teso negli ultimi decenni a guardare i vantaggi puramente “dell’immediato”. Cosa che, ormai è attestata, porta solamente indebitamento, sia che si tratti di un piccolo nucleo familiare, sia che si tratti delle scelte che condizionano un’intera nazione. Inoltre noi siamo suggestionati/portati a spendere molto per ciò che si può sfoggiare (il telefono, l’automobile, gli abiti…) e compensare poi comprando quanto di più c’è di scadente tra ciò che non si vede (l’elettrodomestico, l’impianto, la casa costruita senza rigore…). Un altro caso in cui cantare fuori dal coro (senza cadere nell’essere bastian contrari, altro estremo sicuramente nocivo) potrebbe portare importanti benefici agli attuali e futuri giovani.

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Sistema Smart Grid Mobile da 1 Megawatt (Smart Grid Energy Storage System)
della Fraunhofer installato ove necessario semplicemente con l’ausilio di un
normalissimo container o di un rimorchio di un camion.

9 aprile 20155 febbraio 2020

Tecnologie innovative al bivio: Il curioso caso TESLA Motors

Rubrica: Così è la vita

Titolo o argomento: Mercati, crisi e sensazioni

Con riferimento all’articolo:
Nuova offerta tecnologica per l’auto elettrica da battere: la TESLA Model S

Questo articolo espone dei pensieri personali sulla base dei dati e dei fatti riportati in azzurro (Premessa e Prezzi) nell’articolo “Nuova offerta tecnologica per l’auto elettrica da battere: la TESLA Model S” (linkato poco sopra). E’ spassionatamente consigliata la lettura di tale articolo (in particolar modo delle sezioni scritte in azzurro) prima di procedere con la lettura di quanto segue.

La sensazione, ma questa è solo una mia sensazione, nulla di vero, concreto e dimostrabile, è che se non fosse subentrato Google, con ingenti finanziamenti, di un progetto simile, probabilmente, non se ne sarebbe fatto nulla. La sensazione di continue resistenze (persino da parte di chi dovrebbe spiegare agli studenti come si compongono in particolar modo i progetti TESLA Roadster e TESLA Model S) sembra essere presente e generare attriti. Quando poi TESLA Motors ha annunciato i caricatori Supercharger per “ricaricare gratuitamente” le vetture TESLA in giro per il mondo, per sempre… apriti cielo!

Detto questo è possibile sicuramente far meglio (ho ascoltato proprio di recente soluzioni di importanti aziende italiane che non erano affatto male) ma rimarrà sempre un dubbio: “Se Google non avesse finanziato il progetto TESLA Motors, oggi in Italia cercheremo di far meglio o staremo ancora a raccontare agli studenti che le nostre utilitarie con le batterie al piombo sono il massimo che si può fare?”.

E’ curioso inoltre osservare come grandi aziende mondiali di pura e smisurata innovazione tecnologica siano state vittime di una crisi selvaggia che le ha quasi completamente spazzate via. Mi riferisco ad aziende operanti ad esempio nel settore delle celle speciali agli ioni di litio o impegnate nella produzione di motori ibridi o di importanti ausili utili al funzionamento dei motori ibridi (aziende di cui non posso far nome pubblicamente perchè non hanno effettuato comunicati ufficiali tramite i loro servizi stampa). Eppure l’innovazione non dovrebbe essere antitetica alla crisi? Come mai quando l’innovazione che si apporta rappresenta una reale alternativa le aziende che ne sono autrici iniziano col barcollare? Mentre, guarda caso, quando la tecnologia propinata è di tipo consumistico questo fenomeno non si presenta praticamente mai? Vi basti l’esempio di smartphone e tablet che non portano alcun risparmio nella vita di un individuo ma, anzi, lo fidelizzano a numerosi servizi a pagamento nonché ad un ciclo di acquisti quasi obbligato e assuefacente.

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8 aprile 2015

Tecnologie innovative al bivio: Questione di attriti

Rubrica: Così è la vita

Titolo o argomento: Tra utilità reale e fittizia, tra alternativa e consumismo
Questo articolo segue da:
Vedi i “link correlati” riportati in basso.

Quanto introdotto nel precedente articolo spiegherebbe anche come mai i reali innovatori vengono frenati ed i reali prodotti innovativi non raggiungono agevolmente i potenziali clienti (se non, come abbiamo detto, con molto ritardo, ovvero quando i vantaggi sono ormai quasi azzerati e si ripropone la logica della dipendenza da tecnologie obsolete). La stragrande maggioranza delle persone non vive da vicino le aziende che operano nel campo della reale tecnologia e non si accorge di come le aziende che effettuano ricerche di interesse tecnologico mondiale subiscano strane crisi che le portano alla rovina. Ciò accade nonostante qualunque economista sappia bene che, dove c’è vera innovazione, le crisi si attenuano e si migliora notevolmente la qualità della vita. Ma questa, agli effetti, rimane pura teoria da documentario. La realtà rimane sempre la medesima, passa il tempo ma ognuno in cuor suo si accorge di come in passato stesse meglio e di come le cose tendano sempre a peggiorare anziché migliorare. Il tutto sentendosi inerme, prendendo cioè coscienza con gli anni di non aver gli strumenti per interagire con la situazione e modificarla. Certi problemi sembrano accumularsi e pesare sempre più e ci si chiede costantemente come mai, “se siamo al giorno d’oggi”, non sono stati ancora risolti fino a scomparire.

Certe forze come quella centrifuga in fisica sono dette forze fittizie, per intendere che in realtà non ci sono o, quantomeno, non sono come noi le intendiamo intuitivamente. Stesso discorso vale per il progresso il quale, studiando quotidianamente le reali potenzialità delle più moderne tecnologie, posso affermare con certezza essere fittizio, non c’è, non arriva mai. Se ne parla o se ne sente parlare ma non arriva mai. Viene concesso sempre in dosi appena percettibili e, un attimo dopo, scompare.

Fate poi attenzione a coloro che elargiscono previsioni in virtù di non si sa quale dote; non fanno altro che sostenere cosa ci sarà tra qualche anno quasi a voler tenere costantemente le persone in aspettativa (tanto la memoria della società degli ultimi 30 anni si è notevolmente affievolita). E mentre le persone aspettano con fiducia, il tempo passa e tutto viene dimenticato. Tutti stanno in stand-by e nessuno avvia nulla di nuovo. Nulla cambia. Avete presente quando a fine anni ’80 (io ero bambino) ci dicevano: “Nel 2000 le auto voleranno!”. Insistevano con questa castroneria fino a farlo credere a non si sa quante persone ma poi, stringi stringi, auto che volano se ne sono viste? Sì, una e non nel 2000. E’ costosissima, è difficilissimo usarla, è estremamente pericolosa e sposta in cielo problemi che abbiamo in terra come il traffico, con conseguenze ben più serie in caso di incidente. Vent’anni a rompere i timpani e parti sane di materia grigia con questa previsione, oggi potete vedere tutti come è andata a finire (e con 15 anni di bonus track). Quindi sentire ora che tra 10-20 anni tutti avremo questo o quello, usufruiremo di, ci avvantaggeremo di… proprio non mi persuade. Le tecnologie che oggi già ci sono, e sono fruibili anche se non diffuse, sono più che sufficienti e non vedo perchè rimandare di altri 20 anni l’innovazione che tra 20 anni potrebbe essere nuovamente rimandata con previsioni scriteriate di chissà quanto altro tempo.

Le tecnologie innovative che oggi sono in realtà già disponibili faticano a raggiungere l’utente finale per le spropositate resistenze; cosa succederebbe infatti se la gente raggiungesse più agevolmente i propri obiettivi, se avesse realmente la possibilità di risparmiare denaro sulle spese comuni di tutti i giorni? Si riavvierebbe un intero paese e ricomincerebbe la sua marcia, ma è evidente che laddove i mercati hanno deciso che deve ora esserci il collasso finanziario, tali tecnologie non possono arrivare, altrimenti tutto salta. Ma non possono raggiungere tanto facilmente nemmeno i paesi che sono fuori dall’occhio della crisi, altrimenti addio globalizzazione. Questo è un aspetto concreto della tecnologia che il grande pubblico non conosce e conta molto più del semiconduttore celato dietro il display touch.

Pretendete di avere ora le tecnologie che già esistono e che non trovate in alcuna realtà in Italia, in poche realtà in Europa ed in qualche realtà nel mondo, pretendete la formazione, l’istruzione perchè dell’ennesima diavoleria digitale ve ne fate poco se non siete liberi. Insomma un nuovo prodotto offre una reale alternativa o un’ulteriore dipendenza? Questo è quanto, a mio modesto parere, dovremmo chiederci il più delle volte e questo è quanto, sempre a mio avviso, non pensiamo, ingenuamente, mai. Ognuno individualista, porta avanti la sua battaglia con i propri problemi, ognuno individualista non concepisce che se si raggiunge la radice dei problemi, si ottengono soluzioni che abbracciano una grossa fetta di persone vittime delle crisi portate dai mercati che tramite opportune e intraducibili metamorfosi sembrano non avere alcun nesso con esse. E, invece, se sapeste quanto le tecnologie che non hanno raggiunto la gente sono complici dell’arretratezza e della dipendenza…

Continua…

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7 aprile 2015

Tecnologie innovative al bivio: Una riflessione diversa

Rubrica: Così è la vita

Titolo o argomento: Tra utilità reale e fittizia, tra alternativa e consumismo

Le tecnologie innovative portano inevitabilmente ad un bivio, nella prima direzione vi è la reale utilità offerta da una nuova tecnologia, l’auspicabile alternativa che essa offre (riduzione di uno sforzo fisico, riduzione di costi, semplificazione di una procedura, svolgimento di particolari compiti, benessere…). Nella seconda direzione si va verso le tecnologie che offrono più attrazione, carisma, in alcuni casi persino sensazione di potere; si tratta di quel tipo di tecnologie che inducono una fittizia utilità sovente di tipo consumistico (fidelizzano cioè l’utente comportando tra l’altro un aumento delle spese da egli sostenute nonché un cambio di comportamento incline alla ridotta attività fisica, la minore capacità concreta di socializzazione e la chiusura mentale. E’ opportuno quindi distinguere bene una tecnologia innovativa utile da una che fa sì uso di ritrovati sofisticati, frutto di ricerca scientifica, ma non produce benefici bensì puro e solo consumismo.

Il primo tipo di tecnologia è molto raro che sia messo a disposizione delle persone e, generalmente, o le raggiunge con ritardi temporali abissali, o viene tassata in modo incisivo perchè in grado di apportare un vantaggio in quanto reale valida alternativa ad una tecnologia obsoleta o non più compatibile con l’ambiente (vedasi gli impianti fotovoltaici, i sistemi di accumulo dell’energia, i sistemi di recupero dell’energia, le celle agli ioni di litio, i sistemi di illuminazione a basso consumo, le pompe di calore, la cogenerazione, i veicoli elettrici e ibridi, i carburanti alternativi, il pellet, il biogas, le biotecnologie, strumenti e automazione per la medicina e la ricerca, i sistemi per l’energia, i sistemi per i trasporti, tecnologie per la produttività, ecc. per i quali la reale tassazione, nonché le speculazioni al contorno, non sono sempre visibili per i consumatori ma son più che note dalla parte di chi produce).

Il secondo tipo di tecnologia invece non produce vantaggi tali da poter esser considerato alternativa di qualcosa di più costoso e meno redditizio, anzi, produce ulteriori spese, dipendenze e fidelizzazioni. Questo tipo di tecnologia (ad es. cellulari, smartphone, tablet, decoder, ecc.) raggiunge rapidamente chiunque nel mondo (e senza gli ostacoli insormontabili cui sono sottoposte invece le nuove tecnologie ad esempio per i trasporti o per la produttività) senza particolari gravanti tassazioni e, anzi, con una serie di prodotti e servizi al seguito che, invece di agevolare le vite delle persone, le portano a spendere porzioni consistenti del proprio reddito per servizi, abbonamenti, prodotti complementari o di ricambio, aggiornamento dei modelli, ecc..

Si tratta di situazioni così sottili che spesso non ce ne accorgiamo e, complice la giustificabile ignoranza in materie strettamente legate alle vere tecnologie, crediamo sovente di essere circondati da modernità quando, in realtà, siamo avvolti sempre dalla stessa situazione: la dipendenza*.

*Per chi ama la matematica, possiamo immaginare la dipendenza come quel vettore che ha origine nel punto di libertà e ti indica quanto da essa sei distante, maggiore è la sua intensità e maggiore è la dipendenza da una situazione e meno si è liberi.

Un display che scorre sotto le nostre dita viene visto come “potere” conferitoci dalla tecnologia, ma la verità è che si ha potere sulla propria vita quando si è liberi. Molti strumenti moderni largamente diffusi non rendono minimamente liberi. Fidelizzano. Vincolano. Spesso sono addirittura strumenti di controllo e registrazione di dati sensibili, abitudini, modi di pensare. Insomma tutto fuorché oggetti di libertà. I veri oggetti, dispositivi, strumenti, progetti e molte realtà che possono fornire pura libertà non raggiungono quasi mai il mercato e se lo fanno, lo fanno con forti ritardi (paradossalmente quando la nuova tecnologia è in realtà diventata obsoleta anch’essa e si è speculato il massimo possibile sulla precedente) oppure subiscono forti tassazioni affinché non offrano una reale convenienza, reale alternativa e quindi reale libertà. Un esempio banale? Molti hanno disdetto il contratto con la società fornitrice di gas per il riscaldamento domestico e lo hanno fatto a favore di caldaie a pellet. Quando il numero di utenti del pellet è diventato consistente ecco che l’iva sullo stesso è stata incrementata drasticamente dal 4% al 22%. In tal modo la spesa che l’utente si trova ad affrontare è di nuovo alta e in più, molto probabilmente, il soggetto non potrà ammortizzare le spese del nuovo impianto (perchè sono cambiate le regole durante il gioco e non al suo termine). Stesso discorso per le pompe di calore tassate da Ottobre 2014 (moltissimi ancora non lo sanno) con controlli annuali privi di utilità alcuna ma perfetti sostituti delle spese per l’ispezione delle caldaie a gas. Questo fenomeno scoraggia l’acquisto ed il sostenimento di “alternative” e abbatte la fiducia dei consumatori che tenderanno ad essere sempre più conservatori e scarsamente inclini a voler imparare cose nuove. La situazione tecnologica mondiale, che lo si voglia ammettere o meno è questa.

Continua…
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4 aprile 2015

Energia da conversione inerziale di onde marine: ISWEC – Particolarità

Rubrica: Energia
Titolo o argomento: Sfruttare il moto ondoso in connubio con un giroscopio
Questo articolo segue da:
Vedi i “link correlati” riportati in basso.
Sistemi WECs e sistemi ISWEC

All’inizio degli anni ’70, in Nord Europa (principalmente in Scozia) si sono avviati gli studi sull’estrazione di energia dal moto ondoso. Da tali studi hanno presto avuto origine i sistemi WECs (Wave Energy Converters) a cui hanno fatto seguito alcuni tentativi di commercializzazione. Il problema di questi dispositivi risiede in alcune criticità non trascurabili tra cui:

Parti mobili esposte all’ambiente marino
Presenza di sostanze inquinanti a bordo
Necessità di manutenzione dei componenti immersi
Limitata adattabilità alle diverse condizioni di moto ondoso

Esempi di rilievo della tecnologia WECs sono rappresentati da “Duck”, ideato dal Prof. Stephen Salter all’Università di Edimburgo e presentato nel 1974 e, più recentemente, da: Pelamis, Wave Dragon,
AWS, Aquamarine Oyster.

La tecnologia italiana ISWEC rappresenta una soluzione di estrema ingegnosità che pone rimedio alle criticità poc’anzi esposte e dimostra capacità di rilievo e destrezza dei nostri ricercatori nell’utilizzo degli strumenti forniti dalla fisica. Di seguito curiosità, vantaggi e particolarità di ISWEC.

ISWEC

Sistema galleggiante con ormeggio lasco. Minimo impatto ambientale. Privo di struttura per il fissaggio sul fondale. Funziona sfruttando il principio fisico del giroscopio (trottola) presente al suo interno e quindi senza contatto con il mare, con tutti i vantaggi che ne derivano.

Sistema lavorante a beccheggio grazie alle onde incidenti ed alla composizione delle velocità angolari nel giroscopio (vedi gli articoli correlati, in basso, per conoscere il principio di funzionamento e le caratteristiche di ISWEC).

Il sistema si compone di: generatore di potenza solidale con l’asse longitudinale, motore di spin solidale con il volano, moltiplicatore di velocità interposto tra il giroscopio ed il generatore, cuscinetti assiali e radiali (di piccole dimensioni), sistema di controllo elettronico, inverter di potenza, supercondensatori.

Lo spin del volano è controllato in base a un algoritmo di previsione a lungo termine delle condizioni d’onda.

Il generatore è controllato con un algoritmo di previsione a breve termine della prossima onda incidente.

Vantaggi

Elevata fattibilità (la realizzazione non risulta onerosa né richiede l’impiego di tecnologie rare, complicate, costose).
Elevata scalabilità (semplicità di industrializzazione).
Disponibilità di varie taglie di potenza.
Economicità.
Semplicità di funzionamento e dell’impianto.
Ridotta manutenzione, il dispositivo è contenuto all’interno del galleggiante e non entra mai in contatto con il mare.
Assenza di parti mobili esposte.
Controllo dinamico (algoritmo di previsione dell’onda, adattabilità alle varie condizioni).
La quantità di sostanze a bordo potenzialmente inquinanti è trascurabile.
ISWEC funziona fluidamente, non produce né rumori né vibrazioni e non interferisce con la flora e la fauna marina.

Particolarità

Concepito per il Mediterraneo.
Necessita di opportuno sistema di regolazione per la gestione del volano, necessita di modelli matematici per conoscere le onde che incontrerà e necessita di previsioni meteo per ragioni di sicurezza.
Gli Ingegneri che hanno lavorato al progetto hanno formazione meccanica ed aeronautica e sono esperti in analisi e progetto di sistemi meccanici, meccatronica e meccanica delle vibrazioni.
Specifici sistemi di sicurezza permettono la gestione delle situazioni critiche per il sistema quali ad esempio il verificarsi di condizioni di moto ondoso particolarmente gravose per il sistema meccanico e/o per il generatore elettrico. In simili casi la regolazione viene effettuata modificando i parametri di controllo del generatore e, se necessario, attuando apposite procedure di messa in sicurezza del sistema.

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Link al video di presentazione ufficiale: https://www.youtube.com/watch?v=YXwuRp5-8Xw

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3 aprile 2015

Energia da conversione inerziale di onde marine: ISWEC – Caratteristiche

Rubrica: Energia
Titolo o argomento: Sfruttare il moto ondoso in connubio con un giroscopio
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Attualmente lo scafo del sistema ISWEC contiene due gruppi giroscopici da 130 kW ed ha dimensioni di superficie pari a 8 metri per 15 metri, un’altezza di 4,5 metri ed un pescaggio di 4 metri. La produzione di energia annua ammonta a 250 MWh e, sfruttando una fonte rinnovabile, permette un risparmio di ben 68 tonnellate di CO2 rispetto alla medesima produzione mediante fonti fossili.

Regolazione

Il Mediterraneo, rispetto all’oceano, presenta un’onda caratterizzata da una maggiore frequenza ed una minore ampiezza. Si tratta di una condizione fondamentale di cui tener conto per permettere il funzionamento ottimale del convertitore inerziale dell’energia del moto ondoso, ISWEC, in quanto la velocità di rotazione del rotore (o volano) del giroscopio deve essere adeguata al moto ondoso.

ISWEC è sintonizzabile rispetto alle variazioni di stato del mare, ovvero rispetto al periodo e l’altezza significativi delle onde. Questo è possibile attraverso la regolazione della velocità angolare di rotazione del volano che permette a sua volta la regolazione della frequenza propria del sistema. Per poter permettere questa regolazione il volano è dotato di un motore di spin con relativo controllo. La regolazione viene effettuata sulla base delle previsioni a breve termine del moto ondoso. Sintonizzando la frequenza di massima produttività con la frequenza dell’onda incidente è così possibile incrementare la produttività complessiva del sistema.

Il complesso hardware-software, per poter sviluppare opportuni algoritmi, è in grado di acquisire in tempo reale i dati forniti dai sensori di bordo, si interfaccia con le previsioni meteorologiche, esegue la previsione della caratteristica dell’onda incidente (sulla base di misure eseguite nel corso degli ultimi periodi d’onda) e genera i segnali di controllo (centro del sistema), nella fattispecie il segnale di controllo al generatore elettrico (regolazione a breve termine) ed il segnale di controllo della velocità del motore elettrico accoppiato al volano (regolazione a lungo termine). Fondamentale il contributo di ENEA che ha fornito il modello matematico delle onde nel Mediterraneo.

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Modello reale del sistema ISWEC

ISWEC – Modello reale

Image’s copyright: waveforenergy.com

2 aprile 2015

Energia da conversione inerziale di onde marine: ISWEC – Il principio

Rubrica: Energia
Titolo o argomento: Sfruttare il moto ondoso in connubio con un giroscopio

Vi è più di un modo per ricavare energia dal mare, si possono ad esempio sfruttare le correnti marine attraverso un semplice concetto parallelo all’eolico, si può sfruttare il gradiente termico grazie agli impianti OTEC centrati sull’energia talassotermica (vedi i link correlati) e si può persino sfruttare il gradiente salino, ove i fiumi incontrano il mare, facendo uso dell’osmosi. Ma non è tutto. Anche le onde del mare contengono energia e, tramite un ingegnoso sistema giroscopico, è possibile prelevare parte di tale energia e trasformarla in elettricità.

Una trottola in mare

Si chiama ISWEC ovvero Inertial Sea Wave Energy Converter ed è un sistema innovativo (nato in Italia da uno Spin-Off universitario del Politecnico di Torino, “Wave for Energy”) utile a prelevare energia dal moto ondoso del Mediterraneo sfruttando le proprietà fisiche di una sorta di trottola posta all’interno di un contenitore galleggiante. Tale contenitore è caratterizzato da un posizionamento flottante privo di collegamenti rigidi o fondazioni sul fondale marino.

Principio di funzionamento

ISWEC è un’idea geniale proprio per la sua semplicità; si tratta di un galleggiante contenente al suo interno un giroscopio (ma possono essere anche due o quattro in base alle dimensioni dello scafo) collegato ad un generatore elettrico. Il telaio del giroscopio, che è opportunamente vincolato al generatore elettrico (1 grado di libertà), può ruotare (rollare) attorno all’asse longitudinale (ovvero l’asse di rollio, quello perpendicolare all’asse di beccheggio) mentre, ovviamente, il rotore (o volano) è lasciato libero di girare (anche se sotto il controllo di un apposito motore elettrico). Il galleggiante, come una barca, quando viene investito dall’onda è soggetto a beccheggio che genera quindi una prima velocità angolare detta, appunto, di beccheggio. Il rotore, o volano, ha a sua volta una propria velocità angolare di rotazione. La combinazione delle due velocità angolari genera una coppia, detta coppia giroscopica, in grado di mettere in oscillazione il giroscopio attorno all’asse di rollio fornendo energia meccanica al generatore che la trasformerà in energia elettrica. Il funzionamento è pertanto basato su un sistema inerziale risonante con il moto ondoso.

Continua…

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ISWEC - Principio di funzionamento

ISWEC – Principio di funzionamento

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22 marzo 2015

Il giro del mondo su un aereo fotovoltaico

Rubrica: Simple news
Titolo o argomento: Alternative estreme ma possibili
Fonte: Solar Impulse RTW | Note a cura dell’autore

E’ in corso in questo momento un viaggio intorno al mondo unico nel suo genere. A compiere questo viaggio sono due uomini, due amanti dell’avventura senza compromessi, Bertrand Piccard e André Borschberg.

Il progetto si chiama Solar Impulse e la versione dell’aereo utilizzato è alla seconda edizione. Nella prima edizione Solar Impulse effettuò con successo viaggi in Europa, Africa e America.

Solar Impulse 2 ha un’apertura alare di ben 72 metri tecnicamente utili (e necessari) ad ospitare ben 17.000 celle solari sulle ali ed a contenere le batterie agli ioni di litio che alimentano poi i motori elettrici. Il sole infatti non alimenta direttamente le “utenze”, l’energia viene “trattata” ovvero gestita, accumulata, regolata e opportunamente trasformata per operare in modo continuo con i motori elettrici.

Il peso del velivolo si attesta attorno alle sole 2,3 tonnellate. Nulla se si pensa che l’apertura alare è superiore a quella di un Boeing 747 ma la massa ne risulta inferiore di oltre 65 volte (2,3 tonnellate contro 150).

Solar Impulse 2, nenache a dirlo, fa un largo utilizzo di materiali compositi e fibre polimeriche, materiali che offrono prestazioni considerevoli con un ottimo rapporto tra la leggerezza e la resistenza fornita.

Il viaggio, partito il 9 Marzo 2015 da Abu Dhabi alle 7.12 ora locale, coprirà un tragitto di circa 35.000 km passando sull’India, la Cina, l’Oceano Pacifico e l’Oceano Atlantico per poi raggiungere nuovamente Abu Dhabi verso Luglio 2015.

Le tappe del viaggio sono riportate sul sito ufficiale del progetto solarimpulse.com

Un simile progetto offre un’ampia dimostrazione di ciò che oggi è “possibile” fare scegliendo un’alternativa quali l’elettrico ed il fotovoltaico. Le problematiche alla fin fine sono ben altre quali ad esempio l’aver costruito un velivolo che può, con un’apertura alare superiore ad un Jumbo Jet portare solo due persone e che per trasportare passeggeri necessita di dimensioni bibliche.

Quindi il problema non è più “Si può fare?”, certo che si può fare e farlo aiuterà ad imparare cose nuove, effettuare ricerche utili e andare avanti (se stiamo fermi infatti non sviluppiamo nulla), il problema reale è “Ora che si può fare si può rendere fruibile?”. Su quest’ultimo punto c’è solo da lavorare a testa china senza lasciarsi impressionare dalle difficoltà iniziali.

Del resto i tempi per ottenere dei risultati interessanti in campo tecnico e tencologico si sono molto ridotti rispetto al passato, noi di Ralph DTE ad esempio abbiamo il record del mondo di autonomia di una bicicletta elettrica con il nostro prototipo che, a norma di legge, può coprire ben 580 km con una sola carica. Il tempo impiegato per arrivare a questo risultato è stato di 2 anni, un periodo per noi interminabile ma tutto sommato plausibile.

16 marzo 2015

NIDays 2015: Dentro la progettazione grafica di sistemi

Potrebbe accadervi, durante l’architettura dei vostri progetti, di mirare alla semplicità prima di ogni altra cosa, nutrire il desiderio che il prodotto che state ideando e realizzando sia quanto più possibile di facile costruzione (quindi anche dai costi contenuti), di facile utilizzo (quindi ampiamente usufruibile dall’utente finale), di facile manutenzione (in grado cioè di comportare degli impegni ma senza eccessivi ed inutili grattacapi) e, dove previsto, di facile modifica (ad esempio quando si offre alla folla la possibilità di contribuire ai successivi step di sviluppo del prodotto stesso).

Il lavoro di sgrossatura di un’idea

Così vi sforzate di sgrossare le vostre idee e spendere un gran bel lavoro per passare da una bozza di idea piena di funzioni complesse (nascoste sovente dalla pressione di un solo bottone o l’azionamento di una leva, un cinematismo…), percorsi contorti (che portano al vostro obiettivo e permettono al prodotto, sfruttando dei sottosistemi in esso integrati, di eseguire una funzione di cui l’utente non deve necessariamente conoscere le dinamiche essendo interessato al solo risultato) e funzionalità (che inizialmente potreste comprendere solo voi che avete avuto un’intuizione), per arrivare finalmente ad uno schema ordinato, logico e facilmente interpretabile da chiunque possa trarre un vantaggio dall’utilizzo del vostro prodotto.

Diceva Einstein

Come ho scritto più volte, Einstein affermava: “Ogni cosa dovrebbe essere fatta nel modo più semplice… ma non è semplice”. In effetti il lavoro di “semplificazione” è assai più arduo di quello che si compie per “complicare”. Vista poi la naturale tendenza dell’Universo all’Entropia, disordinare è una cosa che viene praticamente da sé, rimettere in ordine invece…

Quando pensate che sia tutto in ordine…

Mantenete questa filosofia il più a lungo possibile ma poi arriva un giorno in cui vi rendete conto che siete chiamati a “complicare” il vostro prodotto per aggiungere funzioni che prima non vi servivano e che ora sono di vitale importanza per arricchirlo. Generalmente questo momento arriva quando pensate che ormai sia tutto in ordine e funzionale, quando vi convincete che, arrivati a questo punto, è sufficiente mantenere la rotta e continuare così. Proprio a questo punto, potreste scoprire che per fare un ulteriore passo evolutivo dovete necessariamente rimescolare tutte, ma proprio tutte, le carte in tavola. Quando siete a questo punto state probabilmente integrando il vostro prodotto con dei nuovi sottosistemi che lo rendono un pizzico più intelligente e, nuovamente, si ripropone il problema di progettare, utilizzare e rendere fruibili funzioni nel modo più semplice possibile o altrimenti nessuno vorrà scervellarsi per usare il vostro prodotto, né tantomeno per ripararlo, modificarlo o, addirittura, evolverlo.

Integrazione di Meccanica, Elettronica ed Informatica

E’ il caso della “Meccatronica”. In principio potreste amare la meccanica nuda e cruda, esasperare le vostre conoscenze settoriali, trovare il modo di semplificare e rendere fluida la progettazione, la prototipazione, la costruzione e l’utilizzo di un dispositivo, di un organo o di un assieme, e poi accorgervi che dovete prendere un foglio bianco e ricominciare da zero integrando nel vostro concept almeno un pizzico di elettronica. Questo perchè magari vi servono dati, vi servono funzionalità, vi servono feedback, vi serve un minimo di intelligenza artificiale che interagisca prima con voi e poi con l’utente finale.

Quanto lavoro dietro un’apparente semplice vibrazione

A questo punto entrate in un universo parallelo dove, ad esempio, il modo di vibrare di un’ala d’aereo è studiato in un laboratorio (analisi modale) ove vengono simulate le reali condizioni di utilizzo. Si imprimono opportunamente delle forze, agenti ciclicamente, che devono mandare in risonanza la struttura, monitorando quando tale fenomeno si verificherà, con quale intensità e quali effetti. Potreste quindi ritrovarvi ad “affogare” delle celle di carico che misurino l’intensità delle forze agenti sull’ala e degli accelerometri che rilevino l’entità delle vibrazioni conseguenti. Potreste persino, una volta ottenute le dovute conferme, ripetere i vostri rilievi sul velivolo durante un reale volo (ad esempio per confrontare i dati reali con quelli dell’analisi), potreste aver necessità di sfruttare la tecnologia wireless per trasportare queste informazioni dai vostri sensori e trasduttori al vostro datalogger o al computer portatile, senza generare complicazioni d’impianto. Addirittura potreste aver bisogno di integrare la vostra ala con sistemi in grado di comunicare alla cabina di pilotaggio, in tempo reale, tutti i dati desiderati, nonché gli eventuali allarmi, e persino ricevere istruzioni dalla cabina stessa, e mettere in atto, le modifiche che il pilota ritiene idonee in una data condizione.

Conclusioni

Ecco spiegato, con parole mie, l’utilità che possono avere gli NIDays di National Instruments qualora iniziate a sentire il bisogno di integrare una vostra idea con dei sistemi distribuiti, sistemi DAQ, sistemi embedded ma non siete immediatamente avezzi con questi termini ed altri quali ad esempio: triggering, tecniche MIL (Model In the Loop), tecniche HIL (Hardware In the Loop), data logging, dara processing, ecc., che figurano solitamente sulle spiegazioni concepite per i soli operatori del settore.

Foto
Foto 1 e 2: Sistema di acquisizione dati per misure di potenza ed energia

Foto 3: Analisi modale su un righello che riproduce la logica di un’ala

Foto 4, 5 e 6: Data logging e data processing

Foto 7 e 8: Integrazione del bus CAN

Foto 9: Ispezione visiva

Foto 10: Sistemi MIL e HIL

Foto 11: Test dei microfoni MEMs

Foto 12, 13, 14 e 15: Visione embedded

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