IL RUOLO DELLA PROTEZIONE ELETTRONICA NELLE FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI - Mascherpa

IL RUOLO DELLA PROTEZIONE ELETTRONICA NELLE FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI

Si definisce energia rinnovabile quell’energia ottenuta da risorse rinnovabili che naturalmente vengono reintegrate in una scala temporale umana. Si prevede che queste rappresenteranno oltre il 50% della produzione globale di elettricità entro il 2035. In altre parole, si tratta di energia ottenuta da risorse non esauribili presenti nella Terra piuttosto che da fonti limitate e finite come i combustibili fossili.

Secondo * Allied Market Research, si prevede che il mercato delle energie rinnovabili crescerà fino a oltre $ 1,5 trilioni entro il 2025 con la biomassa che rappresenterà la principale forma di energia all’interno di questo mercato. Analizzando più nel dettaglio le possibili applicazioni, è pero possibile osservare che le varie forme di energie rinnovabili potranno avere un utilizzo potenziale ancora più ampio.

ENERGIA IDROELETTRICA E MARINA

La nostra discussione inizia con l’acqua che è universalmente considerata come la più tradizionale tra le fonti di energia rinnovabile. L’energia idroelettrica, l’energia delle maree e l’energia delle correnti si fondano tutte sullo sfruttamento del potenziale idrocinetico generato dal movimento di masse d’acqua. Si tratta di un tipo di energia sostenibile e che ha una bassa emissione di carbonio. L’energia generata dalla caduta o dal rapido movimento dell’acqua è tipicamente nota come energia idroelettrica e viene utilizzata da secoli in svariate applicazioni meccaniche. Alla fine del XIX secolo, l’energia idroelettrica è stata utilizzata per la prima volta per la generazione di elettricità e da allora ha continuato a svilupparsi come un’importante fonte di energia rinnovabile. L’energia idroelettrica è prodotta facendo passare l’acqua attraverso dei generatori a turbina costituiti da una serie di parti elettroniche: alternatori, inverter, pannelli di controllo e interruttori di alimentazione. Questo tipo di tecnologia è incredibilmente versatile ed esempi della sua applicazione possono essere osservati in tutto il mondo, uno dei più famosi è la diga di Hoover negli Stati Uniti. Questo tipo di tecnologia può anche essere utilizzato anche nei fiumi e non solo in condizioni dove l’acqua cade verticalmente. Sebbene le emissioni di carbonio di questi impianti possano essere basse, non sono totalmente prive di impatto sull’ambiente. È infatti importante tenere in considerazione ulteriori fattori come la protezione dei pesci dalle turbine, l’uso appropriato del terreno e la valutazione della fauna selvatica circostante, nel momento in cui si sviluppano nuovi siti per lo sfruttamento dell’energia idroelettrica.

Le due rimanenti fonti di energia rinnovabile che utilizzano il potenziale idrocinetico dell’acqua sembrano simili ma in realtà sono molto diverse. Il moto delle maree è continuo e costante, l’energia viene prodotta quindi secondo schemi prevedibili, attraverso generatori a flusso di maree situati in zone costiere adeguate. L’energia delle correnti marine viene invece generata direttamente in mare, opera in maniera molto meno prevedibile, ma in generale svolge un ruolo minore nel computo globale delle fonti energetiche rinnovabili. In Italia, lo Stretto di Messina è uno dei siti più interessanti per lo sfruttamento di questo tipo di energia. Nonostante le differenze fra i vari metodi di sfruttamento dell’energia, tutti i tipi di centrali idroelettriche necessitano di componenti elettronici, sia per garantire la conversione dell’energia cinetica in energia elettrica, sia per monitorare l’efficienza dell’impianto attraverso l’osservazione delle condizioni ambientali esterne ed interne. Ed è proprio in queste esigenti applicazioni elettroniche che i prodotti Electrolube fanno la differenza. I composti di protezione Electrolube, come le resine incapsulanti e i conformal coating, permettono all’applicazione di operare in modo efficiente e prolungato anche i in condizioni ambientali difficili. Dispositivi come sensori e rilevatori di dati sono importanti per raccogliere informazioni sia all’interno che all’esterno dell’impianto. Questi forniscono dettagli come la profondità dell’acqua e l’accelerazione delle onde, e permettono in questo modo di regolare al meglio i sistemi e di ottenere risultati migliori. La protezione dall’acqua per questi dispositivi è solo un esempio nel quale una resina incapsulante può rendere possibili ed efficaci queste misurazioni, riducendo notevolmente i tempi di manutenzione e di interazione umana nella raccolta dei dati.

ENERGIA SOLARE

L’energia solare viene prodotta catturando energia dalla luce solare e convertendola in calore, elettricità o acqua calda. Le celle solari producono elettricità a corrente continua a partire dalla luce solare tramite la tecnologia nota come fotovoltaico. Tuttavia, la tecnologia applicata non si ferma alla sola cella solare. Gli inverter vengono utilizzati per convertire la corrente continua in corrente alternata in modo che il pannello solare possa alimentare gli apparecchi elettronici nella tua casa. Inoltre sono presenti condensatori che vengono utilizzati per accumulare temporaneamente l’elettricità dove necessario. Nel caso di applicazioni off-grid non collegate quindi a reti elettriche principali, possono essere necessarie batterie per immagazzinare energia per un utilizzo più ampio e maggiore. In tali casi, questi dispositivi elettronici richiederanno protezione dall’ambiente esterno, ma dovranno anche poter funzionare a temperature più elevate ed offrire una qualche forma di dissipazione termica, a causa dell’elevato calore d’esercizio. A seconda dei requisiti specifici, i prodotti per la gestione termica possono essere utilizzati per aiutare a dissipare il calore dai dispositivi, ad esempio sotto forma di riempitivi termici (Electrolube GF400). Tuttavia, per offrire sia protezione dall’ambiente che dissipazione termica, potrebbero essere necessarie resine incapsulanti speciali come ER2221 di Electrolube.

Oltre a catturare e a convertire l’energia, può essere necessario dover misurare le prestazioni del pannello solare al fine di renderne più efficace la gestione e la manutenzione. Ad esempio, misurare la temperatura dei singoli pannelli può essere molto importante per poter gestire strutture come i parchi solari garantendo un uso più efficiente della tecnologia. Se da un lato l’apparecchiatura impiegata dovrebbe essere in grado di resistere ad alcune condizioni meteorologiche piuttosto estreme (inclusa l’esposizione diretta al sole, al calore e ad altri elementi ambientali), molto spesso le componenti elettroniche che formano il sistema delle apparecchiature solari possono rivelarsi relativamente piccole e fragili. Electrolube lavora direttamente con imprese che sviluppano applicazioni per lo sfruttamento dell’energia solare, ottenendo impareggiabili esperienze dirette e nuove sfide applicative. In una applicazione di un cliente, un piccolo dispositivo per la visualizzazione di informazioni circa le prestazioni e la connettività di un sistema di pannelli solari richiedeva protezione dall’ambiente esterno. Alcuni problemi erano sorti con le resine testate, dove la durezza del materiale aveva provocato una pressione sullo schermo LED, portando a guasti durante il funzionamento. Inizialmente vennero testate anche alcune opzioni siliconiche visto il requisito di bassa sollecitazione, ma queste non ottenevano la stessa efficacia fornita dall’UR5044 di Electrolube, che mostrava grande stabilità e bassa durezza su un ampio intervallo di temperature. L’adesione ottenuta da questa resina poliuretanica è stata notevolmente superiore rispetto alle precedenti resine siliconiche testate ed ha portato quindi a una protezione nettamente migliore.

Una grossa limitazione nella performance dei pannelli solari è data dall’accumulo di sporco sulla superficie, che influisce negativamente sull’efficienza del pannello. In sistemi di grandi dimensioni, può essere difficile accertare l’origine delle inefficienze e quindi si rivelano molto utili quei dispositivi elettronici che aiutano a monitorare le condizioni di ciascun pannello mediante l’uso di sensori di rilevazione.  Questi confrontano le misurazioni nel sistema con quelle dei pannelli di riferimento di controllo, calcolando in questo modo l’indice di perdita da sporco. Questi sensori avranno bisogno sia di protezione dall’ambiente, che di poter funzionare con il massimo delle prestazioni. Per poter raggiungere questi obiettivi è fondamentale la scelta del composto di protezione più indicato. Come accennato in precedenza con le applicazioni idroelettriche, è necessario comprendere le condizioni in cui opera una determinata tecnologia per poter permetterne una gestione ottimale: in questo caso sono estremamente importanti le misurazioni delle radiazioni solari e degli spettri di luce ultravioletti ed infrarossi. Tali dati devono essere trasmessi tramite GPRS o Bluetooth, e qualsiasi composto di protezione utilizzato non deve interferire con questi segnali. Le resine incapsulanti con una bassa costante dielettrica sono le più adatte per questo tipo di applicazione, come ad esempio UR5118 di Electrolube che offre anche un’eccellente resistenza all’acqua. Tuttavia, nel caso in cui l’unità sia ben sigillata e abbia quindi un grado di protezione IP già elevato, potrebbe anche essere possibile utilizzare un conformal coating (Electrolube AFA) per prevenire gli effetti della condensa e ridurre al minimo il peso del dispositivo.

Ogni giorno nelle nostre città, dall’illuminazione decorativa del giardino, ai segnali stradali, dai tetti delle stazioni, alle piste ciclabili, ormai è possibile vedere pannelli solari che alimentano dispositivi elettronici nelle più svariate applicazioni. Queste si sono ormai intrecciate nella nostra vita quotidiana, e i loro utilizzi stanno sempre di più aumentando e integrandosi con altre tecnologie. I lampioni intelligenti e le panchine solari sono tra i gli esempi più recenti dove si può osservare l’integrazione con numerose altre tecnologie innovative, come il controllo di gestione remota, la ricarica wireless e gli hotspot Wi-Fi. Tutte queste componenti tecnologiche elettroniche integrate necessitano di un adeguata protezione, ed in quest’ottica appare chiaro come l’industria chimica stia giocando un ruolo decisamente importante nell’indirizzare nuovi sviluppi ed evoluzioni. Fino ad arrivare alla tecnologia della vernice solare che si stima possa incrementare esponenzialmente la produzione di energia elettrica, le applicazioni chimiche nel settore solare sono apparentemente infinite.

 

Sebbene il crescente grado di affidabilità ed efficienza nelle fonti di energia rinnovabili dipenda fortemente dall’apparecchiature utilizzate per la produzione, caratterizzate da una significativa quantità di parti mobili, è chiaro che gli sviluppi elettronici sono stati e saranno fondamentali per lo sviluppo e l’integrazione di queste fonti nella nostra vita quotidiana. Nel tempo, è probabile che la produzione di energia diventi ancora più automatizzata e si intrecci sempre di più con la tecnologia informatica. L’efficienza e l’affidabilità aumenteranno ulteriormente con l’aumentare del livello di intelligenza artificiale. I materiali per la gestione termica, i conformal coating e le resine incapsulanti hanno un ruolo centrale nella protezione, nell’affidabilità e nella durata dei dispositivi impiegati nella produzione di energie rinnovabili.

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