Il progetto POLYPHEM, finanziato dall’Unione Europea, ha creato dei prototipi per la gran parte dei componenti necessari a un piccolo impianto solare.
Il solare a concentrazione (CSP – Concentrated Solar Power) utilizza specchi o lenti per concentrare la luce solare su un ricevitore, prima di trasformarla in calore per alimentare motori che producono elettricità. Gli impianti CSP su piccola scala, che generano decine o centinaia di kW di elettricità, potrebbero risultare la soluzione ideale per abitazioni, piccole imprese e regioni remote. Tuttavia, a differenza delle soluzioni fotovoltaiche, la tecnologia CSP ha difficoltà a decollare a causa di problemi tecnici ed elevati costi di investimento.
Nell’ambito del progetto POLYPHEM sono stati sviluppati anche strumenti di modellizzazione numerica per l’ottimizzazione del modello dell’impianto e della valutazione delle prestazioni.
Il ciclo termodinamico ibrido
POLYPHEM funziona tramite un ciclo termodinamico combinato.
Nel ciclo superiore, un ricevitore solare pressurizzato ad alta temperatura in cima a una torre cattura la radiazione solare concentrata sugli specchi, che va ad alimentare una turbina a gas per la produzione di elettricità. Il calore di scarico è recuperato dall’olio termico e stoccato all’interno di un serbatoio in calcestruzzo; l’olio caldo in alto abbassa il termoclino, uno strato intermedio che separa il liquido caldo da quello freddo.
Il ciclo inferiore utilizza, a sua volta, la macchina per ciclo Rankine a fluido organico per generare elettricità. Qui, il calore scaricato dal serbatoio di accumulo inverte il flusso dell’olio, riportando in alto il termoclino.
Prototipazione, collaudo e approdo sul mercato
Il gruppo ha sviluppato la gran parte dei componenti necessari per un impianto, comprese una turbina a gas da 60 kW e una macchina per ciclo Rankine a fluido organico da 23 kW.
Il gruppo di accumulo dell’energia termica realizzato, della capacità di 2.500 kWh, era costituito da un serbatoio composto da 22,8 tonnellate di mattoni in calcestruzzo e 7.600 kg di olio termico sintetico a una temperatura compresa tra 110 e 330 °C.
L’insieme dei componenti, fatta eccezione per il ricevitore solare e della turbina a gas, è stato spedito in Francia e installato presso l’azienda “Themis”.
La turbina a gas microscopica e il generatore sono stati oggetto di collaudo per sei mesi, superando le 40 ore di funzionamento e raggiungendo una temperatura in entrata alla turbina di 700 °C e una velocità pari a 52.000 giri al minuto.
Il collaudo del letto di riempimento dell’accumulo termico, durato cinque mesi e arrivato a 59 cicli, è avvenuto con successo all’interno di un serbatoio a termoclino con olio termico. Il materiale in calcestruzzo, il modello dei mattoni e i modelli del letto di riempimento sono stati convalidati, così come il comportamento del termoclino in ogni modalità operativa.
POLYPHEM è in grado di fornire elettricità, calore e acqua pulita nei luoghi soleggiati e dotati di approvvigionamento energetico decentralizzato; il funzionamento di un impianto commerciale targato POLYPHEM è stato simulato per Paesi come Cile e Namibia. Il gruppo intende ora costruire e mettere in funzione un impianto prototipo completo, comprensivo di campo e torre solari a grandezza reale.
