Sistemi energetici ibridi ad idrogeno solare per ... - La Termotecnica

energia & edilizia
FIGURA 2 - Potenza elettrica prodotta dalla fuel cell (a sinistra)
e variazione della massa di idrogeno nel serbatoio (a destra)
in un periodo di un anno
generazione, stoccaggio ed utilizzo di idrogeno prodotto da energia
elettrica fotovoltaica e energia elettrica prelevata dalla rete.
Caratteristica principale di tale installazione, oltre alla sua originalità,
è l’assemblaggio quasi completamente realizzato partendo da com -
ponenti commerciali. Il sistema è attivo dal 1991 ed è quotidianamente
gestito, in modo quasi esclusivamente manuale, direttamente dal
proprietario [Hol00]. Sul tetto dell’abitazione è stato installato un
campo fotovoltaico da 5 kW p , per una superficie impegnata di 65 m 2
ed efficienza media di 8,4%.
Altri componenti del sistema, posizionati in due locali di circa 10 m 2 al
primo piano della casa, sono un convertitore DC-DC con un’efficienza
del 95%, un elettrolizzatore alcalino a membrana da 5 kW con 62% di
efficienza media, una unità di purificazione dell’idrogeno, un
compressore, due serbatoi a idruri metallici, uno fisso da 15 Nm 3 per
alimentare elettrodomestici quali un forno e una lavatrice, ed uno
mobile da 16 Nm 3 per alimentare un minibus ad idrogeno. Da notare
che l’energia termica prodotta dal sistema viene perduta in atmosfera
e non recuperata in alcun modo. La performance del sistema è stata
misurata su un periodo di tre giorni estivi. La mattina del test le
condizioni meteo erano soleggiate, ma a partire dalle ore 13.00 si sono
presentate le prime nubi che hanno portato a forti variazioni di corrente
nell’elettrolizzatore; verso le ore 17.00 l’elettrolizzatore si è spento, per
poi riaccendersi brevemente subito dopo fino allo spegnimento
definitivo alle ore 17.30 (Figura 3). Durante il funzionamento si è notato
che se la pressione dell’idrogeno prodotto superava il limite superiore
FIGURA 3 - Irraggiamento, produzione di idrogeno,
corrente e temperatura misurate nel giorno del test [Hol00]
del serbatoio a idruri, l’idrogeno veniva scaricato in ambiente. Il
compressore si è acceso 10 volte, per una produzione totale di 6 Nm 3
con un primo scarico di idrogeno verso le ore 13.00, un secondo verso
sera per una perdita totale di idrogeno di circa 7,3 Nm 3 .
I 293 GJ ricevuti in un anno dal campo fotovoltaico (65 m 2 di moduli
FV che ricevono 4.020 MJ/m 2 annui) sono diventati:
- 24,5 GJ di energia elettrica pre-conversione DC-DC o 23,4 GJ al
netto del trasformatore DC-DC che vengono forniti allo stadio
successivo (con un efficienza quindi dell’8,4%);
- di questi, solo 18,6 GJ sono utilizzati dall’elettrolizzatore mentre il
resto (4,9 GJ) viene reimmesso in rete o utilizzato per ricaricare le
batterie per i sistemi ausiliari (3 GJ annui);
- di questi, vengono immagazzinati sotto forma di idrogeno 11,5 GJ
(1148 Nm 3 ) con un’efficienza dell’elettrolizzatore del 62%;
- di questi, solo 10,6 GJ rimangono dopo il sistema di trattamento e
purificazione dell’idrogeno.
L’efficienza del sistema per la conversione della luce solare diretta in
energia chimica è intorno al 3,6%. Questo valore, piuttosto basso, può
essere aumentato introducendo un sistema di controllo automatico che
ottimizzi la gestione evitando perdite di idrogeno ed aumentando la
capacità di stoccaggio (stimato intorno ai 200 Nm 3 ) così da ottenere un
funzionamento praticamente indipendente dalla alimentazione di rete.
Un sistema residenziale a idrogeno solare
e biogas: il progetto GlashusEtt, Svezia
A Stoccolma, l’Agenzia Svedese per l’Energia ha finanziato la
realizzazione della GlashusEtt (dallo svedese “casa di vetro uno”), un
edificio adibito a centro informativo e spazio espositivo volto a
propagandare stili di vita sostenibili [Hed04]. Oltre a principi costruttivi
ad alta efficienza energetica (ad esempio, la facciata dell’edificio di tre
piani è in vetro a bassa trasmittanza) e l’utilizzo di una caldaia a
biogas, è stato installato un sistema ibrido a idrogeno solare affiancato
ad un impianto più tradizionale allacciato alla rete (Figura 4). Nel
sistema sono presenti anche un sistema di reforming per la produzione
di idrogeno da gas naturale ed un recupero del calore prodotto dalla
fuel cell destinato ad integrare il riscaldamento dell’edificio.
Il campo fotovoltaico è costituito da moduli policristallini di efficienza
11,9% installati sulla copertura a shed dell’edificio per una superficie
coperta di 25 m 2 ; sotto lo shed sono installati gli inverter per la
conversione della corrente DC in AC e l’allacciamento all’impianto
dell’edificio. Alla fuel-cell è collegato un serbatoio d’acqua che
dovrebbe essere utilizzato come scambiatore di calore per recuperare
l‘energia termica. In realtà l’accumulatore (da 500 l) si è rivelato di
dimensioni inadeguate, causando il mancato recupero di una parte
La Termotecnica • Gennaio/Febbraio 2009
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