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Come i sistemi solari termici Demax forniscono calore per processi industriali
Adattamento dell’output solare termico alle fondamentali fasce di temperatura industriale (80–400 °C)
McKinsey spiega che la domanda più elevata di riscaldamento industriale (oltre il 50%) si verifica per temperature inferiori a 400 gradi Celsius. Demax concentra quindi la propria tecnologia sulla fascia di temperatura fino a 400 °C, ovvero quella in cui operano la maggior parte dei processi industriali negli Stati Uniti. Questa flessibilità si estende a diversi settori, che vanno dagli impianti di trasformazione alimentare — con esigenze di riscaldamento comprese tra 100 e 250 gradi — ai produttori chimici, che operano tipicamente tra 300 e 400 gradi. Il design modulare consente di evitare sprechi energetici, soddisfacendo in modo preciso le esigenze di ciascun processo specifico. Inoltre, fornisce un riscaldamento completamente pulito per la sterilizzazione di attrezzature, l’essiccazione di prodotti e il funzionamento di processi di distillazione.
Tecnologia principale: integrazione di collettori parabolici a canale e tubi sottovuoto in impianti solari termici modulari.
Il sistema Demax integra due tipi di tecnologie solari. Innanzitutto, i collettori parabolici a canale che concentrano i raggi solari diretti su tubi riceventi termici con temperature di uscita comprese tra 150 e 400 gradi Celsius, i quali funzionano al meglio in condizioni di luce solare diretta. In seguito, il sistema utilizza tubi evacuati sigillati sottovuoto, eccellenti nell’assorbimento del calore anche in presenza di luce diffusa, particolarmente adatti per applicazioni a bassa temperatura. Quando implementati come architetture ibride, studi dimostrano che l’efficienza aumenta fino al 24% rispetto ai sistemi basati su una singola tecnologia. Ogni modulo ha una superficie di circa 500 metri quadrati e genera circa 0,5 megawatt di energia termica. Questa progettazione modulare consente alle aziende di installare le unità in fasi successive, in linea con la crescita dei loro fabbisogni produttivi o con gli aggiornamenti degli impianti.
Perché la CSP a bassa concentrazione è più adatta alle applicazioni industriali solari termiche
Vantaggi rispetto alla CSP ad alta concentrazione: maggiore efficienza nel funzionamento <250 °C, costi inferiori di esercizio e manutenzione (O&M), prestazioni superiori in condizioni di carico parziale
Quando si tratta di temperature operative intorno ai 250 °C, i sistemi CSP a bassa concentrazione sono superiori a quelli ad alta concentrazione perché consentono di ottenere un miglioramento dell’efficienza termica nelle applicazioni a vapore, quali la lavorazione alimentare e la tintura tessile, pari al 15–25%. Questo avviene perché i sistemi CSP a bassa concentrazione utilizzano ottiche e sistemi di inseguimento solare meno complessi, il che comporta anche una minore complessità operativa quotidiana; di conseguenza, i costi di manutenzione operativa si riducono del 30%, i tempi di fermo per manutenzione diminuiscono in modo significativo e l’erogazione di energia termica rimane costante, nonostante le variazioni delle condizioni di irraggiamento solare durante la giornata. Uno studio sulla stabilità termofluidica condotto nel 2023 ha dimostrato che gli impianti industriali possono funzionare in modalità termicamente rapida durante le giornate soleggiate e allo stesso tempo mantenere una notevole flessibilità termica anche nelle giornate nuvolose.
La filosofia progettuale di Demax si concentra sull'affidabilità, sull'integrazione termica, sulla scalabilità modulare e sul metodo di rilascio termico diretto che minimizza le perdite durante la conversione elettrica.
Il team di ingegneria di Demax si concentra su tre aree specifiche nei propri progetti. Innanzitutto, sui metodi di erogazione basati esclusivamente sul calore: hanno registrato che circa il 97% dell’energia solare catturata viene utilizzato nel riscaldamento diretto, un risultato impressionante rispetto ad altri metodi. In secondo luogo, la progettazione modulare dei loro impianti solari termici consente un facile ampliamento del sistema, eliminando la necessità di modifiche sostanziali nella progettazione dell’impianto. Gli impianti su piccola scala partono da 500 kWth, ma possono essere ampliati fino a diversi megawatt. Inoltre, i componenti del sistema possono funzionare ininterrottamente giorno dopo giorno. Test condotti nel mondo reale hanno dimostrato che i loro componenti subiscono una degradazione inferiore all’1% all’anno, anche in condizioni operative estreme. Questa combinazione di scelte progettuali permette ai produttori di ottenere gli aspetti più importanti dei propri sistemi: una generazione costante e affidabile di energia termica, senza i disagi tipici dei sistemi convenzionali.
Integrazione di sistemi solari termici con processi industriali
Esempio: sistema solare termico da 1,8 MWth che fornisce vapore a 125 °C per la lavorazione alimentare in Spagna (2023)
Nel 2023, uno stabilimento spagnolo per la lavorazione di alimenti, dotato di un sistema solare termico Demax da 1,8 MWth, è stato il primo del suo genere nel paese in grado di produrre vapore a 125 °C, necessario per la sterilizzazione e la pulizia degli impianti a vapore. Questo sistema è integrato con uno dei preesistenti sistemi a caldaia dell’azienda ed è dotato di un ampio campo solare a tubi sottovuoto di 2300 m², che ha permesso una riduzione del consumo di gas naturale pari a circa il 28%. Questa configurazione comporta una riduzione annuale delle emissioni di CO₂ di circa 420 tonnellate metriche. Inoltre, grazie all’elevata irradiazione solare presente in Spagna e ai competitivi prezzi industriali dell’energia, è stato finanziariamente vantaggioso per l’azienda far funzionare il sistema a piena capacità, poiché l’investimento si è ripagato economicamente in meno di 5 anni. Ciò risulta particolarmente vantaggioso per le aziende la cui domanda di energia termica avviene prevalentemente di giorno, coincidendo così con la disponibilità di energia solare termica.
Superare l'intermittenza: accumulo termico basato su materiali a cambiamento di fase (PCM) per una fornitura di calore disponibile su richiesta della durata di 6–10 ore
L’accumulo termico basato su materiali a cambiamento di fase (PCM) contribuisce a risolvere il problema dell’intermittenza dell’energia solare nell’uso industriale. Un esempio è rappresentato da una fabbrica spagnola che utilizza capsule contenenti PCM a base di sali idrati. Questi PCM assorbono il calore in eccesso a circa 118 gradi Celsius e rilasciano il calore immagazzinato sotto forma di vapore in un secondo momento, consentendo alla fabbrica di operare di notte senza ricorrere a combustibili fossili per il supporto. Questa fabbrica ha inoltre raggiunto un’utilizzo annuale di energia solare pari a circa il 92%, valore significativamente superiore al tipico 60–70% di altre strutture che impiegano energia solare termica senza alcun sistema di accumulo. La tecnologia PCM si è rivelata un vero e proprio fattore di svolta per i produttori operanti nei settori alimentare, farmaceutico e chimico, dove una fornitura costante di calore è fondamentale per le operazioni.
Domande frequenti
In quale intervallo di temperature sono progettati i sistemi solari termici Demax?
I sistemi solari termici Demax sono progettati per soddisfare esigenze industriali di riscaldamento fino a 400 gradi Celsius.
Perché i sistemi CSP a bassa concentrazione sono preferiti per le applicazioni industriali al di sotto dei 250 °C?
Al di sopra dei 250 gradi Celsius, i costi operativi e di manutenzione, nonché le potenziali fluttuazioni della potenza termica erogata, rappresentano un problema. Al di sotto dei 250 gradi Celsius, i sistemi CSP a bassa concentrazione sono più economici da gestire e mantenere e risultano più efficaci nel soddisfare esigenze di potenza termica costante, poiché le variazioni e le fluttuazioni dell’energia termica in ingresso proveniente dalla luce solare non costituiscono un problema.
Quali sono le tecnologie fondamentali dei sistemi solari termici Demax?
Demax dispone di impianti solari termici modulari che integrano collettori parabolici a tubi sottovuoto. Questa integrazione tecnologica consente un guadagno del 24% in termini di efficienza rispetto ai sistemi che utilizzano una singola tecnologia.
Come si integra il sistema Demax nei processi industriali esistenti?
Con il sistema Demax, i processi industriali esistenti rimangono invariati, poiché le modifiche vengono apportate esclusivamente ai sistemi di caldaia. Questa modifica consente ai processi di utilizzare meno gas naturale ed emettere minori quantità di carbonio.