Applicazioni speciali per impianti solari termodinamici

Come è possibile soddisfare le esigenze di tracciabilità di speciali tubi di vetro utilizzati negli impianti solari termodinamici dove le specifiche imposte per la marcatura sono molto stringenti

In ingegneria energetica un impianto solare termodinamico è una tipologia di impianto elettrico che sfrutta l’energia solare per la produzione di energia elettrica. A differenza dei comuni pannelli solari termici per la generazione di acqua calda a fini domestici (con temperature inferiori a 95 °C), questa tipologia di impianto genera medie ed alte temperature (fino a 600 °C) permettendone l’uso in applicazioni industriali come la generazione di elettricità e/o come calore per processi industriali.

La grande rivoluzione rispetto alle altre comuni e già affermate tecnologie solari (solare termico e fotovoltaico) è però la possibilità di produzione energetica anche in periodi di assenza della fonte energetica primaria ovvero l’energia solare durante la notte o con cielo coperto da nuvolosità grazie alla possibilità di accumulo del calore in appositi serbatoi, ponendo almeno parziale rimedio ai limiti fisici di continuità imposti da tale tipo di fonte energetica.

Funzionamento dell’impianto

Degli specchi parabolici concentrano la luce diretta del sole su un tubo ricevitore posto nel fuoco del paraboloide. Dentro il tubo scorre un fluido (detto fluido termovettore perché adatto ad immagazzinare e trasportare calore), che assorbe l’energia e la trasporta in un serbatoio di accumulo, necessario se si vuole supplire ai momenti di scarsa o nulla insolazione (come la notte).

Il fluido termovettore può essere una miscela di sali che fondono alle temperature d’esercizio della centrale e per questo detti sali fusi (centrali di 2ª generazione). La temperatura raggiunta dai sali fusi consente una migliore resa energetica finale grazie alla possibilità di accoppiamento con un ciclo a vapor d’acqua sottoposto (cicli binari) più efficienti delle centrali standard e che lavorano a temperature più alte. Una volta ‘catturata’ l’energia del Sole (sorgente) il processo di produzione ovvero conversione in energia elettrica è quindi del tutto analogo, se non identico, a quanto avviene in una comune centrale termoelettrica.

Gli specchi concentratori sono completamente automatizzati in modo da inseguire costantemente il Sole nel suo moto apparente in cielo massimizzando così la resa di captazione solare durante l’intero arco della giornata.

I ‘tubi ricevitori’ entro cui scorre il fluido che ha il compito di assorbire calore sono realizzati con uno speciale vetro che ha delle specifiche costruttive molto restrittive. Il tubo di vetro deve infatti resistere a temperature molto superiori ai 600°C (temperatura di esercizio del fluido). La resistenza meccanica deve essere in grado di sopportare le elevate pressioni al suo interno.

Il problema della tracciabilità dei ‘tubi ricevitori’

Data l’elevatissimo livello tecnologico dell’impianto è richiesto che ogni singolo tubo debba essere univocamente riconoscibile mediante un codice datamatrix ed una stringa alfanumerica.

Per la tracciabilità dei componenti di vetro le tecnologie tradizionali non potevano essere prese in considerazione:

• La più semplice soluzione è sicuramente quella di utilizzare delle etichette adesive che però hanno lo svantaggio di non essere permanenti e non garantiscono la leggibilità prevista per gli almeno 25-30 anni di esercizio dell’impianto.
• La marcatura ad inchiostro non garantisce sufficiente resistenza contro i raggi UV e con il passare del tempo si corre il rischio di perderne la leggibilità.
• La marcatura con laser CO2 ha il vantaggio di essere permanente e resistente ai raggi ultravioletti però la sua peculiarità è quella di generare delle micro cricche nella struttura nel vetro che sono la fonte del contrasto che rende visibile la marcatura. La presenza di micro cricche all’interno del vetro risulta inaccettabile perché è fonte di discontinuità e quindi di fratture. Inoltre il contrasto ottenibile è appena sufficiente per la lettura.

La tecnologia LTF-C

Panasonic Electric Works in collaborazione con Tesa AG ha sviluppato un’innovativa soluzione per la marcatura nera del vetro. Questa tecnologia prevede l’utilizzo di speciali marcatori laser in abbinamento una speciale pellicola.

LTF-C è l’acronimo di ‘Laser Transfer Film Contrast’ e rappresenta la tecnologia brevettata che consente la marcatura permanente, ad alto contrasto, del vetro grazie ad uno speciale film bicomponente a nano particelle.

Approfondite prove di laboratorio hanno dimostrato che la tecnologia LTF-C, grazie alla semplice applicazione sulla superficie del vetro un sottile substrato, non altera la superficie del vetro mantenendo così intatte tutte le caratteristiche meccaniche.

La marcatura ad alto contrasto offre elevatissima resistenza all’abrasione, a raggi UV, variazione di temperatura, solventi o altre sostanze chimiche molto aggressive. Prove di laboratorio hanno dimostrato perfetta stabilità della marcatura fino a 1000 °C e nessuna esalazione di sostanze tossiche.

LTF-C principio di funzionamento

La lastra di vetro da marcare è posta tra il marcatore laser e il film LTF-C. Il raggio laser attraversa il vetro e raggiunge il film LTF-C. Grazie all’elevata concentrazione di energia, si genera una reazione fotochimica tra il film LTF-C che si trasforma da composto a due componenti in un materiale con caratteristiche simili a quelle del vetro, fissandosi permanentemente su di esso.

I vantaggi offerti da questo tipo di tecnologia sono numerosi e difficilmente riscontrabili tutti insieme nei processi di marcatura tradizionale:

• Alto contrasto;
• Elevata resistenza agli agenti chimici anche molto aggressivi (acidi, benzine, ecc.);
• Elevata resistenza a graffi e incisioni meccaniche;
• Resistente a temperature fino a 1.000 °C;
• Resistente alle radiazioni UV;
• Assenza di microcricche superficiali;
• Marcatura possibile senza danneggiamento del rivestimento TCO;
• Sistema anticontraffazione integrato nella marcatura;
• Le marcature sono leggibili sia dall’operatore sia tramite sistemi di visione automatici;
• Marcatura di codici a barre e codici Datamatrix;
• Durata (oltre 25 anni).

Conclusioni

Le caratteristiche che contraddistinguono la marcatura LTF-C possono soddisfare il 100% delle specifiche richieste per questo tipo di impianti solari, ottenendo risultati di marcatura ineguagliabili utilizzando le tecnologie tradizionali. Maggiori informazioni sulla marcatura nera del vetro mediante tecnologia laser LTF-C: http://www.panasonic-electric-works.it/pewit/it/html/4493.php

Biografia dell’autore

L’ing. Lorenzo Salvetti, dopo un passato da tecnico esperto dei Sistemi di Visione, ha assunto il ruolo di Area Sales Manager Italia. Gestisce il coordinamento nazionale di due linee di prodotti: Sistemi di Visione e Marcatori Laser. Negli anni ha stretto rapporti di collaborazione con il prof. De Natale dell’Università degli Studi di Trento, il prof. Villoresi dell’Università degli Studi di Padova e il prof. Sala del Politecnico di Milano con cui ha organizzato diverse conferenze di approfondimento sulla visione artificiale e sulla tecnologia laser sia presso la sede di Panasonic sia presso i corsi universitari.