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La potenza del vento
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Il vento è generato dallo spostamento di masse d’aria da zone a pressione più alta verso zone a pressione più bassa, nella ricerca naturale di un equilibrio barometrico, cioè di pressione, del “sistema atmosfera”.
La differenza di pressione è dovuta a diversi fattori, uno tra tutti è il surriscaldamento della superficie terrestre dovuto alla radiazione solare. L’aria vicino alla superficie si scalda e sale, lasciando sotto di sé un’area con una pressione minore. Questa viene “riempita” da una massa d’aria vicina e più fredda che si sposta generando il vento.
In base alla velocità di questo spostamento cambia la velocità del vento e, dunque, l’energia cinetica (derivante da un movimento) che la ventosità porta con sé. La velocità del vento aumenta anche con l’aumentare della distanza dal suolo, per questioni di turbolenza dovuta agli ostacoli incontrati dal flusso.
La potenza specifica del vento, misurata in W/m² (Watt per metro quadrato di fronte vento intercettato), si calcola con la seguente formula:
Potenza = W/m2 = (ρ v³)/2
dove ρ (rho) è la densità dell’aria in kg/m³ (circa 1, 22 kg/m3) e v è la velocità del vento in m/s.
E’ interessante notare, come si vede dalla formula, che la potenza del vento cresce con il cubo della sua velocità. Per fare un esempio, se velocità del vento raddoppia, la sua potenza aumenta di 8 volte.
Nonostante il fatto che una legge fisica, la legge di Betz, dimostri che si possa trasformare in energia al massimo il 60% della potenza, nelle zone più ventose l’energia ricavabile dal vento, attraverso dispositivi che intercettino questa potenza, diviene molto consistente.
L’impianto eolico: usare il vento per produrre elettricità
Ormai, più o meno tutti abbiamo visto girare le grandi pale eoliche degli aerogeneratori sparsi per il territorio nazionale. Si tratta di dispositivi che, colpiti dalla massa d’aria del vento, ruotano azionando il meccanismo di produzione dell’elettricità, il generatore.
Il funzionamento è del tutto simile a quello di una dinamo appoggiata alla ruota di una bicicletta, dove il generatore trasforma il movimento in energia elettrica per alimentare ed accendere la lampadina.
Queste affascinanti strutture (se non siete mai stati sotto una pala eolica, vi consigliamo di farlo) producono una quantità notevole di elettricità grazie ad imponenti aerogeneratori che hanno una potenza nominale che va oltre il Mega Watt (MW).
Sono generalmente organizzati in parchi eolici e posizionati su enormi torri, alte anche oltre i 90m.
Tuttavia, oltre a questi grandi impianti, che arrivano a produrre ben oltre i 50 MW, esistono impianti eolici domestici, più piccoli e proporzionati al fabbisogno energetico di una abitazione.
L’impianto eolico domestico
La tecnologia permette oggi di ottimizzare le prestazioni dei generatori eolici più piccoli, garantendo una buona produzione di elettricità a basse velocità del vento e con dimensioni ridotte dell’aerogeneratore.
L’impianto eolico domestico, detto anche mini-eolico, può rappresentare, nelle zone con una ventosità sufficientemente veloce (almeno 3-5 m/s) e costante, un’efficace fonte di elettricità, diminuendo fortemente l’impatto del peso della bolletta elettrica.
La potenza nominale di questo tipo di impianto può arrivare a 20 kW e, se correttamente installato, può produrre tra i 1000 e i 1800 kWh all’anno per ogni kW di potenza nominale installato, in una zona con una velocità del vento di circa 5 m/s.
Può essere collegato alla rete elettrica (grid connected) per effettuare scambio sul posto oppure essere indipendente (off-grid o stand alone) e caricare direttamente delle batterie di accumulo da cui estrarre l’energia per l’abitazione.
In genere, un impianto domestico è costituito da:
- aerogeneratore (con pale, generatore, torre di supporto);
- regolatore di carica per eolico (stabilizza il flusso elettrico);
- batterie di accumulo (per usare l’elettricità in differita);
- inverter (per trasformare i 24 V continui delle batterie in 230 V alternati per le utenze);
- scatola di immissione nella rete domestica.
Vediamo che tipologie di impianto eolico domestico esistono in commercio:
- ad asse orizzontale:
le turbine sono posizionate in modo che l’asse di rotazione nel generatore sia posta orizzontalmente. In genere, si tratta di pale disposte ad elica e la struttura del rotore è, spesso, posizionata su un supporto girevole per adeguarsi alla direzione del vento grazie ad una deriva posteriore. Non ha una grande resistenza alla turbolenza, ma riesce a produrre una elevata quantità di energia (anche 20 kW di potenza nominale).
- ad asse verticale:
le tu
rbine sono disposte in modo che l’asse sia posizionata verticalmente. Spesso sono costituite da una spirale verticale composta da tre vele opportunamente distribuite. Ha i vantaggi di non dipendere dalla direzione del vento, di funzionare anche a basse velocità (sotto i 5 m/s) e di avere un basso ingombro, ma la producibilità (circa 1 kW) è, in genere, minore rispetto alle turbine ad asse orizzontale.
Per una questione di sicurezza, tutti questi dispositivi hanno dei sistemi di bloccaggio per i casi in cui il vento raggiunge velocità superiori a circa 12-14 m/s, poiché con l’aumentare della velocità aumentano anche i carichi sulle turbine.
Costi e permessi dell’impianto mini-eolico
Un impianto mini-eolico con una potenza nominale che va dai 2 ai 5 kW, che mediamente ha una vita di funzionamento di 25 anni, può avere un costo, chiavi in mano, di circa 2000 – 5000 €.
Ciò significa che una famiglia media, con un contratto da 3 kW, che in un anno consuma all’incirca 4000 kW spendendo circa 600 euro, ammortizzerebbe il costo in 6-7 anni, usando energia gratuita per i restanti 19-20 anni.
Esistono anche kit di mini-eolico fai-da-te, che permettono un ulteriore risparmio in termini di manodopera, ma che richiedono una certa capacità tecnica per l’installazione. Hanno un costo che va dai 1000 ai 3000 € circa.
Il costo varia anche in funzione della tipologia di turbina. Quelle ad asse verticale costano meno e producono meno, ma si possono adattare addirittura ai balconi, in quanto captano anche venti a basse intensità. Quelle ad asse orizzontale sono migliori per l’installazione su tetti o su torri di supporto.
Non è necessaria alcuna autorizzazione da parte del Comune per l’installazione di un impianto eolico domestico. La realizzazione di un impianto eolico deve rispettare l’unico vincolo sull’altezza del palo di sostegno che non potrà essere superiore ai 10 metri.
Se anche tu stai pensando di installare un impianto mini-eolico e vuoi conoscere la velocità del vento e la sua producibilità specifica nella tua zona, puoi richiedere su Immobilgreen.it il Rapporto Ambientale del Terreno (R.A.T.). In esso troverai tante informazioni utili sul terreno su cui sorge – o sorgerà – la tua casa, come l’incidenza di rischio sismico, di frane o alluvioni, l’irraggiamento solare dell’area ed altre importanti caratteristiche ambientali che ti permetteranno di ottimizzare i tuoi investimenti.
Ho già due impianti con fotovoltaico e pompa di calore su una bifamiliare, vorrei ampliare con due impianti mini eolico, eventuale preventivo per 6KW grazie.