La piccola Opera di Presa realizzata.
Una delle nostre filosofie aziendali è di essere sempre alla continua ricerca di soluzioni tecnicamente all'avanguardia, anche grazie allo studio e alla sperimentazione.
Abbiamo realizzato un impianto micro idroelettrico, in isola, con soluzioni tecniche particolarmente all'avanguardia in ogni componente del sistema.
Il sito di realizzazione era una piccola azienda agricola adiacente ad una valletta detta appunto "dei mulini" , dove storicamente erano presenti in cascata alcuni edifici di molinatura, che sfruttavano un piccolo torrente montano.
La richiesta in questo caso era di poter generare energia elettrica sfruttando il salto dell'acqua, in un impianto comunque scollegato dalla rete, senza quindi immissione e vendita di energia, praticamente in completo autoconsumo.
Dopo un sopralluogo e i primi rilievi abbiamo appurato che avremmo potuto sfruttare:
- Un salto, grazie alla presenza di ben due cascate, fra l'ubicazione dell'opera di presa e la posizione della turbina, di 56 metri.
- Una portata di acqua variabile durante l'anno, ma di cui avremmo potuto utilizzare con concessione circa 2-3 litri al secondo
La nostra turbina MT-02 Pelton, da 1kW di picco, era particolarmente adatta in questa situazione, dove l'energia potenziale del salto era compresa fra circa 1kW - 1,5kW.
Il pozzetto della turbina in fase di costruzione.
Con i dati indicati stimavamo che avremmo prodotto circa da 600 a 1000 Watt continui con la turbina. I carichi in isola però avevano la necessità di consumare in certi momenti fino a 3 kW, per cui era necessario abbinare una batteria di accumulo, in grado di immagazzinare la produzione in eccesso e concederla nei picchi di carichi successivi, tramite l'inverter.
Abbiamo quindi abbinato una moderna batteria al litio da 2,5kWh - 48V in grado di caricarsi e scaricarsi rapidamente senza perdita di cicli di vita; altrimenti avremmo dovuto prevedere un pacco di batterie al piombo ben piu grande, e avevamo anche problemi di spazio nel vano tecnico della costruzione.
La batteria viene quindi caricata dalla turbina idroelettrica, tramite un regolatore di carica "VarioString" con tecnologia MPPT della Studer Innotec con tensione di ingresso massima di 600VDC.
Per quale motivo abbiamo usato un regolatore di provenienza solare per una turbina idroelettrica... ?
Sempre per ottimizzare le soluzioni tecniche, mantenendo l'ottimo nell'impianto!
Queste le motivazioni principali:
- La turbina doveva caricare la batteria al litio da 48V , e non produrre direttamente 230VAC, perchè la sua potenza era inferiore rispetto ai possibili carichi e perchè per tale scopo sarebbe comunque stato presente un inverter da 3kW.
- La turbina si sarebbe trovata, rispetto al vano tecnico, a circa 200 metri di distanza, per cui avremmo dovuto mettere delle linee elettriche che in caso di produzione in bassa tensione avrebbero disperso piu energia. Era quindi sconveniente generare altresi i 48V per le batterie con la turbina. Abbiamo quindi utilizzato un MPPT ad alta tensione, facendo generare alla turbina circa 190VAC trifase, che dopo un raddrizzatore sarebbero stati circa 260VDC.
- Il regolatore MPPT sarebbe stato integrato nel sistema della Studer con possibilità di controllo e monitoraggio delle produzioni
- Infine, il regolatore MPPT proprio grazie alla sua tecnologia avrebbe permesso di variare leggermente il punto di lavoro, cioè i giri, di funzionamento della turbina, per ricercare il punto di massima produzione.
Essendo una "micro" turbina con produzione di poche centinaia di Watt desideravamo "perderne" in inefficienze il meno possibile!
Rispetto però ad un campo solare, una turbina si comporta in modo diverso: la curva di corrente/tensione è ovviamente differente, in particolare perchè nel momento in cui alla turbina non viene applicato il carico previsto questa tende ad andare in fuga, aumentando quindi i giri e la tensione all'alternatore.
L'alternatore della nostra turbina è un magneti permamenti a 6 poli, con avvolgimento realizzato alla tensione necessaria al nostro progetto.
Per rispettare infatti i parametri massimi del regolatore, ed evitare che la turbina andasse in fuga in caso che il regolatore non avesse dovuto caricare le batterie, abbiamo previsto una interfaccia ABB WIND per generatore eolici che regola la tensione trifase ed in caso di superamento di una soglia di tensione di sicurezza manda l'energia in eccesso in una resistenza di zavorra esterna.
Infine abbiamo abbinato alla turbina un moderno e semplice sistema di controllo PLC touch screen che controlla la mandata principale dell'acqua, chiudendo l'acqua in caso le batterie siano completamente cariche e non serva piu produrre energia.
Lo stesso sistema di controllo inoltre monitora la pressione della condotta, chiudendo l'acqua in caso di calo di pressione ( cioè eventuali cali di portata ) ed anche i giri della turbina, chiudendo acqua in caso di fuga o aumento dei giri turbina oltre le nostre soglie di sicurezza.
Abbiamo applicato alla turbina anche un iniettore a spina motorizzata variabile, controllato analogicamente dal nostro PLC, per regolare in maniera esatta la portata e quindi la produzione della turbina, fra i 400 e i 1000 Watt.
Abbiamo cosi reso indipendente una piccola realtà, con una produzione di circa 20kWh giornalieri, piu che sufficienti per una famiglia.
Adesso gli rimane solo il divertimento di mantenere puliti i torrenti !