NRG Energia

La NRG Energia è una società di Imola (Italia) che opera nel settore delle energie rinnovabili, specializzata nelle attività di consulenza, progettazione e installazione di impianti di produzione alimentati appunto mediante rinnovabili; nell’ambito delle piattaforme fotovoltaiche, essa propone il sistema brevettato e certificato NRG Island.

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Figura 26: Piattaforma fotovoltaica galleggiante NRG Island

Gli elementi galleggianti delle piattaforme NRG Island consistono in blocchi cubici cavi realizzati in HDPE, con superficie antiscivolo sulla faccia non immersa, che viene sfruttata come passerella calpestabile, utile a semplificare le ordinarie attività di ispezione e manutenzione.

I blocchi vengono realizzati mediante un processo di stampaggio per soffiaggio a iniezione e sono caratterizzati da una capacità di galleggiamento di 350 _𝑚𝑘𝑔₂ [25].

Ciascun blocco galleggiante è dotato di quattro asole in corrispondenza dei quattro vertici della faccia emersa, necessarie per effettuare il collegamento con i blocchi adiacenti ricorrendo ad appositi perni di connessione, anch’essi realizzati in materiale plast ico. I blocchi galleggianti non adiacenti sono invece interconnessi grazie alla presenza di strutture metalliche in acciaio inox AISI 304, che svolgono anche la funzione di supporto dei moduli fotovoltaici: dalla configurazione della struttura metallica dipende l’inclinazione dei moduli, che viene personalizzata in base alle esigenze del cliente.

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Nel complesso si tratta di un sistema modulare, la cui unità è stata pensata per permettere l’alloggiamento di quattro pannelli fotovoltaici: qualora si adottino moduli da 250 Wp,

ciascuna unità sarà dunque caratterizzata da una potenza pari a 1 kWp.

Il sistema, facilmente assemblabile, viene montato direttamente sulla sponda dello specchio d’acqua al quale è destinato: l’azienda dichiara che cinque tecnici riescono a installare e posizionare in acqua 20 kWp al giorno [25].

2.1.2. 4C Solar

La 4C solar ha preso parte al testbed di Singapore con una struttura galleggiante che si differenzia significativamente da quella italiana sopra descritta, come visibile in Figura 28:

Figura 28: Piattaforma fotovoltaica galleggiante realizzata dalla 4C Solar

I blocchi cubici galleggianti caratteristici del sistema NRG Island vengono qui sostituiti da elementi tubolari, aventi in comune con essi soltanto il materiale.

Gli elementi tubolari galleggianti vengono assemblati tra loro in modo da formare un reticolo: i tubi perimetrali vengono interconnessi mediante raccordi a 90°, mentre quelli interni vengono fissati a due dei tubi perimetrali mediante raccordi a T.

La struttura metallica ha stavolta come unica funzione quella di sostenere i moduli e conferire loro l’inclinazione desiderata; è realizzata in acciaio inox e viene fissata agli elementi galleggianti per mezzo di collari di ancoraggio dei tubi visibili in Figura 29. Anche in questo caso l’inclinazione dei moduli è personalizzabile e dipende esclusivamente dall’inclinazione delle staffe della struttura metallica, ovvero dall’angolo formato dal modulo con l’orizzontale (angolo di tilt, i) evidenziato in figura:

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Figura 29: Struttura metallica atta al supporto dei pannelli fotovoltaici

La soluzione proposta da 4C Solar non prevede la presenza di passerelle calpestabili; questo si riflette in un minore impiego di elementi galleggianti ma, al contempo, rende più difficoltose le operazioni di ispezione e manutenzione: mentre i moduli posti in prossimità del perimetro sono facilmente accessibili con l’ausilio di piccole imbarcazioni (spesso zattere), muoversi all’interno del reticolo risulta ben più complicato.

La società 4C Solar ha messo appunto anche un sistema di inseguimento solare, denominato Floatracker, basato sulla rotazione dell’intera isola fotovoltaica intorno al proprio asse, che consente di mantenere i moduli orientati verso il sole durante tutta la giornata, massimizzando quindi l’energia raccolta nelle ventiquattr’ore [26].

Figura 30: Principio di funzionamento del Floatracker ideato da 4C Solar

Per permettere la rotazione dell’isola, questa deve essere ancorata alla riva e la lunghezza dei cavi di ormeggio deve essere variata automaticamente nel corso della giornata, grazie all’ausilio di due motori: al fine di una migliore comprensione, si riporta di seguito una simulazione dell’utilizzo della tecnologia in esame sul bacino di una diga.

36 Ciel & Terre

Ciel & Terre si presenta attualmente come leader mondiale del settore delle strutture galleggianti per il fotovoltaico: alla sede centrale di Sainghin - en – Mélantois (Francia) si sono aggiunte negli ultimi anni basi in Italia, Giappone, Regno Unito, Brasile, Cina, Taiwan e Malesia.

La società propone la soluzione brevettata e ampiamente collaudata Hydrelio: dal 2011 al 2017 sono stati installati globalmente 90 impianti con questa tecnologia galleggiante, tra cui si menziona l’impianto da 13,7 MWp realizzato sulla diga di Yamakura (Giappone)

[27].

Figura 32: Piattaforma fotovoltaica galleggiante Hydrelio realizzata da Ciel et Terre Figura 31: Simulazione del funzionamento del sistema Floatracker sul bacino di una diga

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Per alcuni aspetti la tecnologia Hydrelio richiama la NRG Island vista al sotto-paragrafo 2.1.1: anche in questo caso, infatti, gli elementi galleggianti consistono in blocchi cavi in HDPE realizzati mediante il processo di stampaggio per soffiaggio a iniezione. Tuttavia, in questo caso coesistono due diverse tipologie di blocchi: la prima categoria di blocchi, detti principali, è adibita al sostegno dei moduli (elemento 1, Figura 33), mentre la seconda categoria di blocchi, detti secondari e dotati di superficie antiscivolo, è adibita a passerella calpestabile (elemento 2, Figura 33).

Sia i blocchi principali, sia quelli secondari contribuiscono al galleggiamento dell’intera isola fotovoltaica e sono dotati di quattro asole in corrispondenza dei quattro vertici della faccia emersa, necessari per realizzare i collegamenti con i blocchi adiacenti. Tali collegamenti vengono assicurati da perni di connessione in vetroresina e polipropilene inseriti nelle apposite asole.

In questa soluzione viene dunque a mancare la struttura metallica di supporto dei moduli, essendo essi adagiati direttamente sui blocchi principali e fissati alle rotaie presenti sulla faccia superiore degli stessi mediante morsetti: ciò impedisce di personalizzare l’angolo di tilt dei moduli, che è imposto dall’inclinazione della superficie obliqua dei blocchi principali e risulta essere 𝑖 = 12° (27).

I blocchi sono pensati per supportare pannelli di dimensioni standard da 60 o da 72 celle.

Figura 33: (a) Schema di assemblaggio degli elementi della tecnologia Hydrelio; (b), Dimensioni dei

galleggianti principali e secondari

La tecnologia è stata sottoposta a test di resistenza ai venti dal laboratorio aerospaziale francese (ONERA) e si è dimostrata in grado di resistere a picchi di velocità fino a 210 𝑘𝑚_ℎ . La garanzia di resistenza ai raggi UV fornita dall’azienda ha una durata di 5 anni, ma può essere estesa a 20 previo pagamento e, infine, Hydrelio è risultata compatibile con l’acqua potabile.

38 2.1.3. Solaris Synergy

La Solaris Synergy è una società israeliana fondata nel 2008 che ha ideato una struttura galleggiante per impianti fotovoltaici sensibilmente diversa da quelle viste finora: il loro sistema brevettato è costituito infatti da moduli flottanti singolarmente, non da un’unica piattaforma galleggiante.

Figura 34: Impianto fotovoltaico galleggiante realizzato da Solaris Synergy

Ogni modulo è sorretto da una coppia di galleggianti anteriore e una posteriore, costituite entrambe da HDPE ma geometricamente diverse al fine di conferire al pannello l’inclinazione desiderata, solitamente pari a 15° in assenza di vento [28]. A tale scopo il volume della parte sommersa dei galleggianti anteriori e quello dei galleggianti posteriori devono coincidere, cosicché l’inclinazione del modulo dipenda soltanto dalla maggiore altezza della parte emersa del galleggiante posteriore.

Sopra le due coppie di galleggianti viene fissata la struttura atta al sostegno del pannello, realizzata in acciaio inox. Per una miglior comprensione, si osservi la figura seguente:

Figura 35: (a) Rappresentazione 3D del singolo elemento flottante; (b) Vista laterale del singolo elemento

flottante

In presenza di vento l’inclinazione del modulo si modifica a seconda della direzione dello stesso, come visibile in Figura 36 [28]:

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Figura 36: Variazione dell’inclinazione del modulo in presenza di vento

La configurazione geometrica predefinita dell’isola solare viene mantenuta grazie a un sistema di cavi tesi in acciaio inox, collegati a un telaio galleggiante: quest’ultimo, di forma poligonale, è costituito da travi galleggianti ancora in HDPE, collegate tra loro mediante giunti a cerniera.

Figura 37: Tecnologia Solaris Synergy, focus sul telaio galleggiante e sul sistema di cavi tesi atti a

mantenere la configurazione predefinita

Questo particolare design fa sì che ogni modulo non risenta delle forze agenti su quelli adiacenti, poiché le forze agenti sul singolo modulo vengono trasmesse ai cavi in acciaio, e da questi al telaio poligonale esterno: ciò rende la struttura adatta all’installazione in luoghi caratterizzati dalla presenza di forti venti ma complica anche enormemente la realizzazione della stessa.

Inoltre, la mancanza di passerelle calpestabili e la fitta rete di cavi che si intrecciano non facilitano le operazioni di ordinaria ispezione e manutenzione: per risolvere questo problema la Solaris ha ideato un’apposita piattaforma mobile, sorretta da pontoni galleggianti, in grado di attraversare gli interspazi tra file parallele di pannelli.

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Figura 38: (a) Rappresentazione 3D della piattaforma mobile sorretta da pontoni a sinistra; (b) Vista

dall’alto della piattaforma in transito tra i pannelli a destra