Turbina eolica tipo Q + Fattoria: la chiave per raggiungere l’auto-sufficienza energetica

Recentemente, un cliente proveniente dagli Stati Uniti ci ha contattato. Gestisce personalmente una fattoria situata a circa tre chilometri dalla rete elettrica pubblica più vicina. Pertanto, a questa distanza, collegare la sua fattoria alla rete elettrica pubblica comporterebbe costi molto elevati. Tuttavia, se non procede con tale collegamento, tutte le infrastrutture che richiedono energia elettrica — come luci, frigoriferi e televisori — non potranno essere utilizzate liberamente, il che da tempo rappresenta per lui una fonte di preoccupazione.

Nel frattempo, nei mesi freddi la sua famiglia deve fare affidamento sul riscaldamento elettrico a pavimento e sui riscaldatori d'acqua istantanei per il riscaldamento. Di conseguenza, il suo consumo giornaliero di elettricità raggiungerà i 15–20 chilowattora. Di notte, quando tutti gli apparecchi di riscaldamento sono in funzione contemporaneamente, il picco istantaneo di consumo elettrico può addirittura salire fino a 5 chilowatt in un solo momento. Ciò comporta non solo costi maggiori per l’elettricità, ma anche rischi per la sicurezza. Pertanto, egli ha urgentemente bisogno di modificare questa situazione.

Dopo aver ascoltato la descrizione del cliente in quel momento, mi è subito venuta in mente un’idea: questo è semplicemente uno scenario applicativo eccellente per la turbina eolica di tipo Q. Ci sono due aspetti che causano al cliente maggiori problemi: innanzitutto, il consumo giornaliero di energia elettrica durante il giorno — ad esempio per luci, frigoriferi e televisori — è in realtà piuttosto contenuto; in secondo luogo, il riscaldamento invernale, con riscaldamento a pavimento elettrico abbinato a uno scaldabagno istantaneo, che viene acceso di notte con un picco di potenza di 5 chilowatt, comportando un consumo totale giornaliero di 15–20 kWh. Questi dati sono molto importanti: ci indicano due cose: primo, il picco di consumo energetico si verifica nelle notti invernali; secondo, tale picco di potenza non è particolarmente elevato e può essere coperto interamente da un sistema autonomo di dimensioni medie.

Il cuore del piano che gli ho raccomandato è una turbina eolica di tipo Q. Perché scegliere il tipo Q? Perché l'area intorno alla fattoria è solitamente abbastanza aperta e le condizioni ventose sono buone, ma le tradizionali turbine eoliche a tre pale richiedono velocità del vento elevate, producono rumore elevato e necessitano di manutenzione complessa. Il tipo Q ha una progettazione ad asse verticale, con una velocità di avviamento del vento bassa: il vento può farla ruotare già a circa 2 m/s ed è insensibile ai cambiamenti di direzione del vento. Se si verifica un vento turbolento causato da fienili e alberi intorno alla fattoria, essa continua comunque a generare energia elettrica in modo stabile. Ancora più importante, funziona in silenzio e non disturberà il sonno dei clienti a causa del rumore di "ronzio" notturno.

A seconda della posizione del cliente, la velocità media annua del vento nella fattoria del Midwest negli Stati Uniti è di circa 4-5 m/s. Una turbina eolica di tipo Q da 5 kW, abbinata a un opportuno pacco batterie, può soddisfare pienamente la richiesta istantanea di picco pari a 5 chilowatt. Gli ho fatto un calcolo: in inverno, il consumo elettrico per il riscaldamento è di circa 20 gradi al giorno, concentrato nella prima metà della notte, per circa 4-5 ore. In questo lasso di tempo, se il vento soffia costantemente e la batteria fornisce energia, il fabbisogno può essere completamente coperto. Di giorno si consuma meno elettricità, mentre l’energia in eccesso viene immagazzinata nella batteria, realizzando così un circuito chiuso.

Naturalmente, fare affidamento esclusivamente sull'eolico non è sufficientemente sicuro. Suggerisco di aggiungere un insieme di pannelli solari di piccola capacità — non per l’alimentazione principale, ma come integrazione. Dopotutto, esistono anche giornate soleggiate ma senza vento, e il fotovoltaico colma proprio questa lacuna. Con un gruppo batterie LiFePO4, una capacità di accumulo di 10 kWh è più che sufficiente durante il giorno. L’inverter deve essere a onda sinusoidale pura, da circa 8 chilowatt, garantendo così sicurezza e stabilità.

In termini di costi, ciò che preoccupa maggiormente i clienti è «quanto si risparmia sulla rete elettrica». Realizzare una linea elettrica di tre chilometri, comprensiva di pali telefonici, trasformatori e opere edili, comporta un costo stimato di almeno decine di migliaia di dollari. Al contrario, un impianto composto da una turbina eolica da 5 kW di tipo Q, da pannelli solari da 5 kW e da un sistema di accumulo di energia elettrica da 10 kWh ha un costo totale per l’equipaggiamento, più i costi di installazione e di costruzione delle infrastrutture, almeno la metà rispetto a quello della rete elettrica. Inoltre, questo sistema può funzionare senza problemi per 15–20 anni. Durante tale periodo, oltre alla lubrificazione occasionale dei cuscinetti della turbina eolica e al controllo dello stato delle batterie, non è quasi mai necessaria alcuna manutenzione. La bolletta elettrica? Zero.

Ciò che è più importante è la sicurezza. Il cliente ha acceso contemporaneamente tutti gli apparecchi di riscaldamento durante la notte, il che equivaleva a portare il circuito al suo limite massimo; le vecchie linee elettriche e gli interruttori erano quindi particolarmente soggetti a surriscaldamento e incendio. Nel progettare il sistema off-grid, si prevede una ridondanza basata sul valore di picco di 5 chilowatt. L’inverter dispone di protezione contro i sovraccarichi, la batteria è dotata di gestione del controllo della temperatura e il controllo per ramo – ad esempio, il riscaldamento a pavimento della camera da letto e quello del soggiorno vengono attivati in modo sfalsato con un intervallo di mezz’ora, consentendo così di ridurre il valore di picco. In questo modo, il sistema non solo risulta sufficiente, ma è anche più sicuro rispetto al precedente piano di alimentazione dalla rete cittadina.

Abbiamo illustrato queste analisi al cliente una per una, e lui si è entusiasmato sul posto. Alla fine, ha chiesto: «Se in estate il riscaldamento non viene acceso, che cosa ne è dell'elettricità in eccesso?». Abbiamo risposto sorridendo che aggiungere un riscaldatore elettrico per l'acqua o una piccola colonnina di ricarica per alimentare gli attrezzi elettrici in azienda e i veicoli elettrici futuri non è affatto uno spreco.

Questo caso è in realtà molto tipico. Molte persone, non appena si parla di distacco dalla rete, pensano subito a «installare più batterie e posare più pannelli fotovoltaici», ma spesso trascurano i vantaggi dell'energia eolica durante la notte e in inverno. Turbina eolica di tipo Q + fotovoltaico + accumulo energetico: questa combinazione di «paesaggio-accumulo» è la chiave perché le aziende agricole remote possano raggiungere davvero l'autosufficienza energetica.