L’ingegneria della NASA ha convalidato il design gradevole e pratico dei pannelli solari sospesi.
Immagina un ponte che si torce e rotola mentre viene colpito da forti venti prima di crollare nel fiume sottostante. Ciò accadde nel 1940, quando il Tacoma Narrows Bridge, nello stato di Washington, si sgretolò in una ventosa giornata di novembre. Questo crollo ha comportato enormi cambiamenti nell’approccio degli ingegneri ai progetti basati su cavi di sospensione, non solo in progetti di grandi dimensioni come i ponti, ma anche in casi più piccoli.
La NASA ha sviluppato un programma di fogli di calcolo che ha dimostrato che il progetto solare sospeso di Skysun non sarebbe suscettibile a oscillazioni distruttive su qualsiasi scala. Un’installazione più grande, la pergola solare (rendering dell’artista nella foto) fa avanzare ulteriormente il design sospendendo i pannelli sopra un patio. Credito immagine: Skysun LLC
Nel 2012, Jim Clair stava pensando di investire nelle energie rinnovabili e si è imbattuto concentrandosi energia solare. A differenza dei pannelli fotovoltaici, che producono elettricità con semiconduttori, i concentratori funzionano riflettendo grandi quantità di luce solare su un piccolo ricevitore, riscaldandolo enormemente. Questo calore genera quindi elettricità tramite una turbina a vapore.
Per esplorare questa tecnologia, Clair ha fondato la Skysun LLC di Cleveland. Poiché il Sole cambia posizione durante il giorno, è fondamentale spostare gli specchi per dirigere la maggior quantità di luce verso il ricevitore. Clair pensava che il design di un cavo sospeso per pannelli solari avrebbe reso più semplice lo spostamento degli specchi, ma ricordava il ponte deformante.
“Ogni ingegnere vuole evitare un Tacoma Narrows”, ha detto Clair. “Ogni volta che un ingegnere o un fisico vede una struttura di sospensione basata sulla trazione, la prima cosa che pensa è: ‘Dobbiamo assicurarci che questa non crei un’oscillazione distruttiva.'”
Il sistema di generazione elettrica solare Ivanpah è un esempio di centrale solare a concentrazione, che funziona avendo centinaia di pannelli riflettenti che riscaldano una torre centrale. Il problema di mantenere la luce solare diretta verso il ricevitore durante il giorno ha portato Jim Clair a richiedere l’aiuto della NASA per convalidare il progetto sospeso ora utilizzato nei sistemi di energia solare Skysun. Credito immagine: Cliff Ho/Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti
Poiché la sua istruzione primaria era in economia, non in ingegneria, Clair aveva bisogno di aiuto per determinare se la sua idea di pannelli solari sospesi sarebbe stata sicura in caso di forti venti. Ciò lo ha portato al programma Adopt-A-City, una collaborazione tra il Glenn Research Center della NASA a Cleveland, il governo della contea di Cuyahoga e MAGNET, un’organizzazione no-profit locale per lo sviluppo aziendale.
Per diversi anni, il programma ha aiutato le aziende dell’Ohio nordorientale a migliorare le proprie tecnologie grazie all’esperienza della NASA.
Paul Bartolotta, un project manager ora in pensione della NASA, ha supervisionato la selezione delle aziende e la corrispondenza dei loro problemi con gli esperti della NASA. Dopo aver visto quanto fosse multidisciplinare il progetto di Clair, ha scelto Skysun come parte del corso Adopt-A-City 2016.
Trevor Jones, un dinamico di Glenn, andò al Lorain Community College per lavorare con un prototipo del sistema che Clair aveva creato lì. Jones ha indotto vibrazioni nei cavi con dei martelli e ha misurato le oscillazioni risultanti e i loro potenziali effetti sui pannelli solari sospesi.
Lo Skysun Solar Pollinator è progettato per essere sospeso sopra le piante che prosperano in ombra parziale e può generare fino a due kilowatt di potenza. Il design del pannello solare sospeso è stato convalidato dai dinamici del Glenn Research Center nell’ambito del programma Adopt-A-City. Credito immagine: Skysun LLC
Sulla base di tutti questi dati, Jones ha progettato un foglio di calcolo in grado di modellare accuratamente la resistenza alla trazione del progetto rispetto alle oscillazioni indotte dal vento su qualsiasi scala. Una volta inserite le dimensioni, il programma di fogli di calcolo ha fatto i conti e ha dimostrato che l’idea di Clair avrebbe funzionato senza vacillare.
Mentre l’azienda sta ancora perseguendo l’energia solare basata sulla concentrazione, Skysun attualmente realizza installazioni di pannelli solari sospesi che utilizzano pannelli fotovoltaici standard che possono essere appesi su un’area facilmente come un’amaca. Il prodotto iniziale, Solar Pollinator, è progettato per essere sospeso su piante che prosperano in ombra parziale. Come un concentratore, i pannelli possono seguire il sole per massimizzare l’esposizione.
Skysun ha installato diversi impollinatori solari nell’area di Cleveland e si sta preparando a installare il suo primo e più grande sistema di pergola solare di pannelli solari sospesi. La pergola genera da tre a cinque kilowatt di potenza in luoghi dove non è possibile posizionare installazioni solari permanenti, come case in affitto o spazi commerciali affittati.
Clair attribuisce all’aiuto della NASA il ruolo determinante nella progettazione di entrambi questi prodotti.
“Avremmo potuto semplicemente dargli la risposta, ma invece gli abbiamo dato un programma di fogli di calcolo che funziona su tutte le sue installazioni”, ha detto Bartolotta. “Ha continuato a impegnarsi e sono orgoglioso di lui.”
Fonte: NASA
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