Indice
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Introduzione iv
1. Panoramica sull’eolico 1
1.1 Fonti energetiche rinnovabili 1
1.2 L’energia eolica
6
1.3 Il minieolico ed il microeolico 15
2. Il mercato del microeolico
20
2.1 Tipologie di installazione
20
2.2 Aerogeneratori 24
2.3 Inverter 29
2.4 Sistemi di accumulo 31
2.5 Accumulatori ad idrogeno
33
3. Il progetto NanoCatGeo
36
4. Architettura hardware della centralina di controllo
40
4.1 Analisi dei sottoblocchi
41
4.2 Schemi elettrici
45
5. Software di monitoraggio e controllo 54
5.1 L’ambiente Labview 54
5.2 Software di emulazione 56
5.2.1 Principio di funzionamento e parametri in gioco 56
5.2.2 Server.vi e LetturaParametri.vi 61
5.2.3 I SubVI dei dispositivi
66
5.2.4 ControlBox.vi 71
5.2.5 Parte di comunicazione 75
5.3 Software di monitoraggio 80
Conclusioni 92
Appendice A – Schemi elettrici completi 94
Appendice B – Pin connector
99
Appendice C – Schema a blocchi ControlBox.vi 104
Appendice D – Codifiche dei comandi 109
Bibliografia 112
Introduzione
iv
Introduzione
Il ricorso a sistemi in grado di generare energia in maniera “pulita” e sostenibile sta avendo, in questi ultimi anni, un notevole incremento, grazie anche alla spinta emotiva conseguente i problemi climatici e di approvvigionamento delle risorse cui va incontro il nostro pianeta. Questo acquisirà un’importanza sempre maggiore in seguito alla decisione della Comunità Europea, insieme ad altri paesi del Mondo, di recepire gli impegni di riduzione delle emissioni clima-alteranti, così come esposto nel Protocollo di Kyoto. Produrre energia da quelle fonti energetiche cosiddette tradizionali, quali petrolio, gas naturale e carbone, provoca emissione di anidride carbonica e di inquinanti dannosi per la salute, come ossidi di zolfo, ossidi di azoto e polveri sottili, che contribuiscono il surriscaldamento del pianeta arrivato di recente a livelli preoccupanti.
Le fonti energetiche rinnovabili sono, al contrario delle tradizionali, delle sorgenti di energia inesauribili poiché sfruttano il sole, il vento o la forza dell’acqua e, cosa fondamentale, il processo di produzione di energia elettrica da essi non rilascia nell’atmosfera né anidride carbonica né inquinanti di nessun genere.
Tra le tre sopra citate, l’eolico è forse la fonte con più potenziale di sviluppo: il boom che sta avendo negli ultimi anni in Europa lo sviluppo delle Wind Farm, siti di produzione di energia eolica, ha notevolmente contribuito a ridurre i costi della tecnologia, innescando così un effetto a catena, in parte sospinto dai contributi concessi a questi impianti, in parte frenato dalle difficoltà connesse al rilascio delle autorizzazioni e delle verifiche sull’inserimento nell’ambiente. Piuttosto che ai grandi parchi eolici, si può pensare ai microsistemi, della potenza di qualche kilowatt, che sono in grado di produrre energia elettrica allo stesso modo, per continuità e potenza di picco, dei generatori fotovoltaici.
In questo scenario, si inserisce il progetto NanoCatGeo che ha la finalità di realizzare catalizzatori nano-strutturati altamente innovativi per l’elettrolisi di soluzioni alcaline
Introduzione
v per la generazione di idrogeno. Un sistema di generazione microeolico fornisce energia al sistema, mentre un’elettronica di controllo deve provvedere alla gestione ed alla ottimizzazione dei flussi di energia da destinare ai dispositivi in gioco.
Gli obiettivi, dunque, di questo lavoro di tesi sono quelli di realizzare la centralina di controllo del suddetto sistema, dal punto di vista hardware (schemi elettrici) e software (firmware), ed inoltre di realizzare un programma di alto livello dal quale l’utente può monitorare il sistema ed in caso intervenire, modificando alcuni dei parametri di gestione. In un incontro con i partner di progetto, con lo scopo di riscontrare lo stato di avanzamento dello stesso, è stato deciso di posticipare la data di scadenza per la presentazione del primo prototipo, e questo slittamento ha provocato un dovuto ridimensionamento dei sopracitati obiettivi iniziali. In accordo con i due relatori e con la laureanda Fanny Rovina, partner di questo lavoro, è stato scelto di sostituire lo sviluppo del firmware del microcontrollore con la realizzazione di un software di alto livello che emuli il sistema: questo non solo getterà le basi per un successivo firmware, ma soprattutto permetterà di raggiungere il secondo obiettivo, ovvero lo sviluppo del programma di monitoraggio, nonostante l’assenza di un prototipo.
Nella prima parte del Capitolo 1 si farà una panoramica sulle fonti energetiche rinnovabili: se ne darà una definizione, in accordo alla legislazione vigente, ipotesi di sviluppo e benefici economici che famiglie ed aziende possono avere in seguito all’installazione di impianti di generazione di energia da queste fonti. La seconda parte è concentrata sull’eolico, ovvero sulla generazione di energia elettrica sfruttando la forza del vento; si parlerà di “grande eolico”, cioè di impianti che superano i 200kW di potenza, ma soprattutto di minieolico e di microeolico, impianti che possono andare da qualche kW fino a 200kW.
Nel Capitolo 2 ci si concentrerà maggiormente sul microeolico, valutando tutte le possibili tipologie d’installazione ed analizzando i componenti di cui sono costituiti questi sistemi: aerogeneratori, inverter e sistemi di accumulo. A conclusione del capitolo, dato il diretto coinvolgimento in questo progetto, si farà una panoramica anche sugli accumulatori ad idrogeno.
Introduzione
vi Nel Capitolo 3 verrà illustrato in cosa consiste il progetto NanoCatGeo, quali specifiche sono state date alla centralina di controllo, al programma software di emulazione ed a quello di monitoraggio.
Il Capitolo 4 è dedicato all’hardware della centralina: si illustreranno i vari blocchi che la compongono, oltre ovviamente agli schemi elettrici, descritti in ogni sua parte.
Infine nel Capitolo 5 verranno mostrati i due programmi software, quello di emulazione e quello di monitoraggio, presentando tutte le strategie adottate, i parametri in gioco, i pannelli frontali di ogni sottoprogramma e gli schemi a blocchi che li compongono.
Questo elaborato ha inevitabilmente delle parti a comune con quello della collega laureanda Fanny Rovina, partner di lavoro per questo progetto.
