Inseguitore solare: chi è costui?

Ovidio, nelle "Metamorfosi", narra la leggenda di Clizia,una ninfa innamorata di Apollo. Questa, quando si accorse che il dio la trascurava per recarsi da Leucòtoe, figlia di Orcamo, re degli Achemenidi, divenne gelosa della fanciulla. Decise, quindi, di rivelare al padre l'unione di sua figlia con il dio del Sole, e questo la fece seppellire viva. Apollo, però, perduta l'amata Leucòtoe, non volle più vedere Clizia, la quale, perciò, cominciò a deperire, rifiutando di nutrirsi e bevendo solamente la brina e le sue lacrime. La ninfa trascorse il resto dei suoi giorni seduta a terra ad osservare il dio che conduceva il carro del Sole in cielo senza rivolgerle neppure uno sguardo, finché, consumata dall'amore, si trasformò o fu trasformata in un fiore, che cambia inclinazione durante il giorno secondo lo spostamento dell'astro nel cielo. Clizia diventò uno splendido "helianthus", detto in italiano girasole.

  (Rappresentazione pittorica della ninfa Clizia trasformata in girasole)

 Questa antica e romantica leggenda racchiude in sè già una prima spiegazione sulla particolarità e l'originalità di questa pianta. Per essere precisi si tratta di un fiore, bellissimo, il cui colore giallo trasmette allegria, un fiore che incuriosisce e soprattutto genera simpatia, proprio per il suo muoversi in sinergia con il sole. Il nome, come accennato poco sopra, trae la sua origine dalla rotazione del capolino nella direzione del sole, fenomeno anche noto alla scienza come eliotropismo. Cosa significa? Come si spiega che il girasole si muove seguendo veramente il percorso del sole nel cielo nell'arco di un'intera giornata? La parola ai botanici. Questi, infatti, hanno scoperto che la maggior parte dei capolini, la parte colorata del fiore, presenti in un campo di girasoli fioriti, punta verso est, ovvero il punto cardinale da dove sorge il sole. Inoltre nelle giornate soleggiate, i capolini seguono il percorso del sole nel cielo da est a ovest; al crepuscolo e di notte tornano, invece, ad orientarsi ad est. La scienza ha scoperto che questo movimento è provocato << dalle cellule motrici del pulvino, un segmento flessibile dello stelo >>, si tratta in sostanza di un meccanismo di tipo ormonale. Lo stretto rapporto esistente tra questo fiore ed il sole, chiamato processo eliotropico, è stato oggetto di studio non solo della botanica, ma anche dell'ingegneria ambientale. Si può dire che questi splendidi fiori possono essere considerati anche come fonte di ispirazione, ad esempio nel mondo del fotovoltaico, per la creazione di uno strumento tecnologico che si chiama inseguitore solare.  

  (Tradizionale campo di girasoli)

Parliamo di un meccanismo interessante, ancora non ampiamente diffuso, il cui impiego non mette d'accordo gli esperti e i tecnici del settore, piuttosto suscita opinioni ed atteggiamenti contrastanti. Lasciando da parte le eventuali polemiche, dubbi e perplessità, cerchiamo invece di capire se gli inseguitori solari sono una scoperta davvero utile. Chiediamoci se ci sono validi motivi per utilizzarli. Non è, forse, sufficiente un impianto fotovoltaico per produrre energia dal sole?

La risposta è semplice: gli inseguitori solari sono un aiuto per i pannelli fotovoltaici e solari. Vediamo allora in cosa consiste concretamente questo aiuto. Come si capisce chiaramente dal nome, si tratta di << un dispositivo meccanico - automatico atto ad aumentare favorevolmente l'inclinazione, rispetto ai raggi del sole, di un pannello fotovoltaico o un pannello solare, aumentando la potenza dell'energia solare captata e dunque la resa effettiva del dispositivo energetico. Storicamente i primi sistemi solari ad inseguimento sono stati quelli presenti in orbita sui pannelli solari dei satelliti artificiali >>.

Da questa definizione molto precisa, è evidente che la loro utilità non è da mettere in dubbio, se si considera che la necessità di migliorare l'efficienza di un impianto sta diventando un'esigenza molto importante. Faccio riferimento a riflessioni di carattere generale ed etico, che ormai sono divenute universalmente condivise. Infatti a causa dell'effetto serra, sta diventando sempre più impellente cercare di ridurre le emissioni di gas ed è in continuo aumento la domanda di produzione di energia pulita, come l'energia eolica, quella creata con l'acqua e dal sole. Tra queste fonti, il sole rimane la risorsa più valida, perché si dice che continuerà a splendere per oltre 4 milioni di anni. Questo significa che l'energia potenziale del sole è davvero immensa e soprattutto pulita.

La domanda di energia da fonti rinnovabili è contingente e la soluzione migliore per continuare a produrla, senza attendere i risultati di ricerche su altre nuove fonti di energia alternative o lo sviluppo di trattamenti per rendere più efficienti materiali come il silicio, è di ottimizzare gli strumenti a nostra disposizione, come ad esempio le installazioni dei pannelli fotovoltaici. L'inseguitore solare, infatti, è il mezzo che si è rivelato più adatto, perché riesce a mantenere costante il punto di fuoco, cioè fa in modo che l'allineamento del pannello sia perpendicolare con i raggi del sole. Questa condizione è di fondamentale rilevanza per aumentare l'efficienza di conversione e l'energia prodotta a parità di superficie. In effetti, se vogliamo andare ancora più nel dettaglio, i vantaggi di un impianto di questo tipo rispetto ad un sistema fissato al suolo, cioè che non permette la possibilità di cambi di inclinazione del pannello, sono molteplici e voglio ricordarne alcuni che, già da soli, sono in grado di stimolare l'interesse sugli inseguitori solari: il primo aspetto riguarda l'efficienza dell'impianto che aumenta del 30-40%, poi è da dire che lo spazio di ingombro è ridotto e infine che il tempo di ammortamento dell'investimento rimane abbastanza basso, mediamente 4 anni. Non va, però, dimenticato un fattore che può costituire un incentivo irresistibile all'investimento in un impianto con inseguitore solare, ovvero il guadagno economico nel caso in cui parte dell'energia prodotta fosse poi rivenduta (aumentando l'efficienza, aumenta infatti la quantità di energia prodotta).

Come in tutte le cose, c'è comunque un rovescio della medaglia. Infatti, dalla casistica relativa all'applicazione di questo meccanismo, i dati non sono confortanti quando si fa riferimento all'uso di questa macchina sui piccoli impianti: riportano, infatti, che l'impiego più proficuo si ha nei grandi impianti a terra, piuttosto che sul che su piccole realtà come l'impianto sul tetto di casa. Questa è anche la ragione per cui, nel nostro paese, questo strumento trova ancora poca applicazione, se messo a confronto con realtà avanzate nell'utilizzo di energia pulita come ad esempio la Germania o la Spagna. Però grazie al IV Conto Energia del 2011, che ha previsto incentivi specifici per questo tipo di impianti, anche nel nostro paese si comincia a vederne una maggiore presenza.

Si tratta, comunque, di una realtà "giovane", perché a livello generale si può dire che fino al 2005 impianti fotovoltaici con inseguitore solare erano considerati una vera e propria eccezione un pò ovunque nel mondo. Successivamente, grazie anche agli incentivi statali stabiliti per attuare gli accordi del protocollo di Kyoto sull'emissione di gas, e grazie anche ai risultati di comprovata affidabilità ed efficienza ottenuti da impianti fotovoltaici in cui erano integrati, l'uso di inseguitori solari è aumentato e di conseguenza anche le aziende che li producono si sono moltiplicati. Tutti vogliono approfittare della loro capacità di migliorare l'efficienza produttiva di un impianto del 30 - 40%. 

Dati questi dettagli generali, è necessario capire come funzionano. Cerchiamo, quindi, di spiegare come si fa ad avere l'aumento dell'efficienza produttiva dell'impianto e poi approfondiamo un pò a livello tecnico le caratteristiche funzionali che rendono questo strumento innovativo e lo hanno portato all'attenzione del mondo.

(Pannelli fotovoltaici con inseguitore solare)

Primo dettaglio tecnico da dare riguarda il posizionamento dei moduli montati su un impianto con inseguitore solare: sono disposti geometricamente in un singolo pannello. In questo modo si evita di dover impiegare un inseguitore per ogni modulo. Detto questo bisogna aggiungere che ci sono diversi tipi di inseguitori solari e possono essere suddivisi in tre macro - categorie, in base alle caratteristiche costruttive che presentano. 

Le categorie sono definite così:

- dai gradi di libertà offerti,

- dall'alimentazione per il meccanismo di orientamento

- dalla tipologia di comando elettronico

Non credo che le caratteristiche costruttive così elencate risultino comprensibili a tutti. Quindi due parole per ciascuna potranno aiutare sicuramente a capire meglio cosa significano in termini di funzionalità e movimento.

Quando si parla di gradi di libertà offerti, si fa riferimento alla libertà di movimento che un inseguitore solare garantisce al pannello fotovoltaico. Il movimento può essere mono o biassiale. All'interno di questa suddivisione, per ciascuna delle due categorie gli inseguitori presentano caratteristiche diverse a seconda che ruotino da est a ovest e in questo caso si parla di inseguitori di TILT; nel caso di uno spostamento da nord a sud questi si definiscono inseguitori di rollio; o lungo l'asse zenith - nadir sono i così detti inseguitori di azimut. Altra alternativa è rappresentata da quelli definiti a due gradi di libertà, che sono considerati i più sofisticati. Ma mi fermo qui. Per i dettagli rimando ad un altro momento.

Se invece parliamo dell'alimentazione necessaria per il loro movimento, gli inseguitori possono essere suddivisi in ulteriori due categorie: attivi e passivi. Nel primo caso il loro movimento è provocato da moto-riduttori, cioè un dispositivo che serve per variare il numero di giri fra l'albero di entrata e quello di uscita del motore; mentre nel secondo dipende da fenomeni fisici autonomi.

Gli inseguitori, infine, si distinguono anche in base alla tipologia di comando elettronico che ne pilota la movimento. I gruppi di comando sono due: quello astronomico, cioè legato agli effemeridi del sole (gli orari di quando sorge e tramonta il sole) e quello a rilevamento, cioè basato sui dati di un sensore che individua la posizione del punto più luminoso del cielo.

Da quanto descritto si capisce che si tratta di un dispositivo meccanico complesso e molto delicato, gli inseguitori solari sono infatti soggetti a numerose sollecitazioni quindi devono essere realizzati con molta cura e con la massima attenzione rivolta soprattutto al problema della corrosione. Vivono all'aperto per 20 anni, al minimo! Per queste ragioni chiedere una garanzia elevata sul motore è considerato di fondamentale importanza, perché proprio in questo aspetto, la delicatezza del meccanismo, si trova il difetto, forse l'unico di questo strumento: ovvero i problemi meccanici dovuti all'usura del tempo e alle condizioni atmosferiche, che possono essere causa del fermo degli impianti. Quindi grande attenzione e tempo vanno dedicate alla manutenzione straordinaria della parte meccanica. Infatti per quanto riguarda, invece, la manutenzione ordinaria si può dire che sia semplice, soprattutto se si fa riferimento ad un impianto fotovoltaico, perché questo beneficia di una minor sensibilità alla polvere depositata sulla superficie dei moduli, grazie al miglior angolo medio di incidenza dei raggi solari.

Voglio riportare anche una curiosità sugli inseguitori solari. Certamente ripensando alla descrizione fatta poche righe sopra, è normale ritenere che siano oggetti brutti e antiestetici, in realtà questa considerazione non vale per tutta la categoria, o meglio, per tutti i modelli.

C'è, infatti, un'azienda italiana che ha integrato la parte meccanica con uno studio di elevato design, arrivando a creare una struttura curiosa e moderna che assomiglia proprio ad un girasole e quindi risulta perfettamente adattabile a qualsiasi contesto urbano. Il modello di inseguitore solare a cui mi riferisco si chiama per l'appunto Girasole. 

(Installazione urbana di un inseguitore solare di design, Girasole) 

Quindi si può dire che grazie al sacrificio della ninfa Clizia, trasformata in uno splendido girasole come punizione per aver svelato il segreto del dio Apollo, scienza e tecnologia hanno potuto fare molti passi avanti nella ricerca di soluzioni alternative ed efficaci per sfruttare quelle fonti di energia che rispettano l'ambiente.

Non bisogna mai dimenticare che la natura da sempre è stata fonte di ispirazione non solo per la poesia, ma anche per invenzioni ed innovazioni in tutte le sfere della nostra vita.La natura ci offre grandi opportunità, in essa troviamo già tutto quello che ci serve, noi le apparteniamo. L'importante è prendersi il tempo per osservarla e studiarla con occhi attenti e curiosi. Ogni volta che abbiamo la possibilità di godere dell'ambiente naturale o di viaggiare o di vedere paesaggi lontani, dobbiamo coglierla: fermiamoci e guardiamoci intorno, non sarà tempo perso.