Come l'India sta guidando l'innovazione nell'energia solare: dalla crescita alle nuove tecnologie

L'industria dell'energia solare in India ha compiuto enormi passi avanti negli ultimi anni, evidenziando l'impegno del paese nel promuovere fonti di energia rinnovabile. Con l'obiettivo di raggiungere una capacità di energia rinnovabile di 500 GW entro il 2030, il paese sta affrontando sfide ambiziose, ma ha già raggiunto importanti traguardi che segnano il progresso dell'energia solare in tutto il mondo.

Nel 2019, l'India ha inaugurato il più grande parco solare del paese, il Bhadla Solar Park, situato nello stato del Rajasthan. Con una capacità di 2,25 GW, questo parco solare ha stabilito un nuovo standard per le grandi infrastrutture solari, sfruttando le condizioni climatiche favorevoli e l'alta radiazione solare della regione. Ma Bhadla non è l'unico esempio di grande successo. Altri impianti, come il Kamuthi Solar Power Project in Tamil Nadu, con i suoi 648 MW, e il Pavagada Solar Park in Karnataka, che copre una vasta area di 13.000 acri, sono altre tappe fondamentali nell'espansione dell'energia solare in India.

Questi parchi solari utilizzano principalmente la tecnologia fotovoltaica (PV), che rimane la scelta più comune per le centrali solari in India, grazie alla sua capacità di produrre energia con un costo relativamente basso e con una tecnologia consolidata. Ma la varietà di soluzioni tecnologiche impiegate non si ferma qui. Il paese sta sperimentando altre tecnologie solari come i sistemi ibridi, il solare termico concentrato (CSP) e l'innovativa tecnologia fotovoltaica-termica (PV-T), che combina la produzione di energia elettrica con il recupero di calore.

Un altro sviluppo importante è rappresentato dalla crescente diffusione delle installazioni solari fotovoltaiche termiche (PV-T), che combinano la produzione di energia elettrica tramite pannelli fotovoltaici con il riscaldamento dell'acqua tramite collettori solari termici. Un esempio significativo di questa tecnologia è l'installazione di PV-T presso l'aeroporto internazionale di Cochin in Kerala, noto per il suo impegno nella sostenibilità.

Inoltre, la sperimentazione di impianti di energia solare galleggiante rappresenta una nuova frontiera. Questi impianti, come il progetto in fase di sviluppo sul lago di Kerala, offrono un'opportunità per sfruttare il potenziale del solare in aree non

Come Ottimizzare la Produzione di Biogas e la Coltivazione di Alghe: Sfide e Potenzialità

La digestione anaerobica (DA) è un processo biologico che consente di trasformare la materia organica in biogas, un'importante fonte di energia rinnovabile. Questo processo avviene grazie all'azione di microrganismi, come batteri e archea, che decompongono la materia organica in diverse fasi. Il biogas prodotto consiste principalmente di metano (CH4) e anidride carbonica (CO2), con piccole quantità di altri gas, ed è una risorsa molto promettente per affrontare la crescente domanda di energia, riducendo al contempo i rifiuti e le emissioni di gas serra. Tuttavia, una gestione attenta è fondamentale per minimizzare i rischi ambientali, in particolare per quanto riguarda la contaminazione delle acque sotterranee, che può derivare da un uso improprio della frazione liquida del digestato.

Il digestato, che è il sottoprodotto solido e liquido della digestione anaerobica, contiene nutrienti vitali per il suolo, come azoto e fosforo, che possono essere riutilizzati per fertilizzare i terreni. Tuttavia, la frazione liquida del digestato, pur contenendo questi nutrienti, rappresenta anche una potenziale minaccia per l'ambiente, soprattutto se non gestita correttamente. L’applicazione controllata del digestato liquido, con precise dosi e tempi di applicazione, è cruciale per evitare il sovraccarico del suolo e per garantire che i nutrienti vengano assimilati senza danneggiare gli ecosistemi circostanti.

Tuttavia, integrare questi due processi non è privo di sfide. Una delle difficoltà principali è mantenere un bilancio nutrizionale equilibrato, in particolare per quanto riguarda gli elementi essenziali come azoto e fosforo, che sono fondamentali per la crescita delle alghe. Eventuali sbilanciamenti nutrizionali possono compromettere non solo la crescita delle alghe, ma anche l'efficacia del trattamento del digestato. Inoltre, l'utilizzo efficiente del CO2 prodotto durante la digestione anaerobica è un altro punto critico, poiché il trasporto del CO2 alle coltivazioni di alghe richiede soluzioni tecniche avanzate e costose.

Un'altra questione da affrontare riguarda la scalabilità di questi sistemi integrati, che deve passare dai modelli di laboratorio a quelli industriali o municipali. Questo comporta non solo complessità ingegneristiche, ma anche un incremento dei costi di capitale. L'energia necessaria per gestire questi sistemi è un altro aspetto da considerare: ad esempio, i bioreattori fotobiologici, sebbene efficaci, sono noti per essere ad alta intensità energetica, il che potrebbe ridurre i guadagni netti derivanti dalla produzione di biogas. Inoltre, le fasi di raccolta e lavorazione della biomassa algale sono molto dispendiose in termini energetici, il che solleva preoccupazioni sulla fattibilità economica di questi sistemi integrati.

Per affrontare queste sfide, è necessario un impegno continuo da parte dei ricercatori e degli operatori del settore per sviluppare soluzioni più efficaci e scalabili che possano integrare in modo ottimale la digestione anaerobica con la coltivazione di alghe. Nonostante le difficoltà, questa combinazione ha il potenziale per rivoluzionare il trattamento delle acque reflue, la produzione di biomassa sostenibile e il recupero delle risorse, portando così a un significativo miglioramento nella gestione dei rifiuti e nella produzione di energia rinnovabile.

Quali sono le principali configurazioni dei sistemi PVT e le loro potenzialità?

Un sistema PVT (solare termico e fotovoltaico integrato) rappresenta una delle soluzioni più promettenti per l’uso combinato di energia solare, sfruttando sia il calore che la luce solare. Una configurazione semplice è quella in cui uno scambiatore di calore è connesso direttamente al sistema di produzione di acqua calda sanitaria o di riscaldamento, o a entrambi. Un esempio di questa configurazione è illustrato nella Fig. 7.18, dove il sistema PVT è collegato tramite uno scambiatore di calore a serpentina a un serbatoio di accumulo di acqua calda o di riscaldamento di un’abitazione.

Un altro approccio frequentemente adottato è l'integrazione di una pompa di calore con il collettore solare, in cui il collettore solare funge da evaporatore, come mostrato nella Fig. 7.19. Questo sistema comprende un collettore PVT, un condensatore, un compressore, una valvola di espansione e un serbatoio di accumulo. Il fluido refrigerante, che agisce come agente termico, evapora grazie all’esposizione alla radiazione solare. Un esperimento [68] su un sistema PVT combinato con una pompa di calore, con un’area di 2,25 m² di pannelli e un serbatoio di accumulo di 150 l, ha ottenuto un COP (coefficiente di prestazione) pari a 3,42 a gennaio e 4,70 a luglio, nelle condizioni climatiche di Nanchino, in Cina.

Un’applicazione innovativa dei collettori PVT è l’integrazione con un motore a ciclo Rankine organico (ORC), come illustrato nella Fig. 7.21. Un serbatoio di accumulo termico (TES) agisce da interfaccia tra il motore ORC e i collettori solari, oltre a fungere da evaporatore nel ciclo ORC. La ricerca condotta su un motore con una potenza nominale di 1 kWel, combinato con 15 m² di collettori PVT e un requisito di accumulo di 100 l a Cipro e 400 l nel Regno Unito, ha esplorato vari materiali per l’accumulo di energia, come il sale idratato a cambiamento di fase, il quarzo, l’olio, il granito e l’acqua. L’utilizzo del sale idratato ha mostrato un’efficienza di conversione solare-elettrica che variava dal 4,4 al 6,4% nel clima del Regno Unito e dal 6,3 al 7,3% a Cipro [71].

Un caso di studio interessante riguarda un sistema PVT installato presso l’asilo dell'Università Politehnica di Bucarest. Il sistema, illustrato nella Fig. 7.23, è composto da due pannelli solari termici (gialli), due pannelli fotovoltaici (rossi) e due pannelli PVT (verdi). Le prestazioni del sistema sono state valutate nel corso di quattro mesi, e la produzione energetica cumulativa è rappresentata nella Fig. 7.24. In generale, si osserva che l’energia elettrica prodotta dal sistema PVT supera quella dei collettori fotovoltaici, grazie alla rimozione del calore dalle celle fotovoltaiche che ne migliora l’efficienza. Questo effetto è particolarmente evidente a luglio, il mese più caldo, dove il surriscaldamento delle celle è più significativo. Nel mese di maggio si registra la massima produzione di energia dai collettori fotovoltaici, mentre a luglio il picco è raggiunto dai collettori PVT. Questo suggerisce che i collettori PVT sono più adatti per condizioni ad alte temperature rispetto ai collettori fotovoltaici tradizionali. In sintesi, questo piccolo impianto sperimentale soddisfa circa il 20-40% della domanda di acqua calda e di elettricità dell'edificio durante i mesi esaminati.

Tuttavia, il mercato dei pannelli PVT è ancora limitato, con pochi produttori, pochi dati sulle prestazioni, nessuna standardizzazione e scarse possibilità di marketing, il che porta a una bassa consapevolezza tra gli utenti finali. Nonostante ciò, l’attenzione globale alla ricerca e allo sviluppo dei collettori PVT è in crescita. L’Agenzia Internazionale per l’Energia (IEA) ha avviato l’iniziativa di ricerca Task 35 PV-Thermal Solar Systems, con l’obiettivo di accelerare lo sviluppo e l’adozione di collettori commerciali di alta qualità e di contribuire all’elaborazione di standard internazionali per la valutazione delle prestazioni e i test dei collettori PVT.