In generale in impianti autonomi per generare energia elettrica si pone il problema dell’accumulo dell'energia; questo può essere realizzato mediante accumulatori al piombo che però diventano inutilizzabili dopo un certo numero di ricariche, oltre ad essere fonte di inquinamento, se non adeguatamente riciclati.

L'energia può essere però immagazzinata anche mediante un serbatoio di calore costituito da semplice ghiaia e sassi.

Una versione realistica di questo tipo di accumulo porta però ad utilizzare il vapore al posto del ciclo brayton per trasformare l'energia termica in energia elettrica.

L’energia immessa dal concentratore solare nel contenitore ad alta temperatura (es. 430 °C) può essere trasferita al serbatoio di calore mediante la semplice aria calda, attraverso un opportuno "mantice" metallico nel sottostante serbatoio di calore, attraverso due tubi coassiali verticali, termicamente isolati; quello interno per l’aria calda, quello esterno per l’aria meno calda da riscaldare nuovamente, passando di nuovo attraverso il fuoco del concentratore solare.

Come si vede dallo schema allegato, la parte ad alta temperatura del concentratore resta collegata  ai pannelli che reggono gli specchi mediante i cardini C esterni al concentratore ma sull'asse del fuoco F, in modo da convogliare la luce del sole sempre attraverso l'apposita apertura della parte ad alta temperatura, al variare dell'altezza del sole; sia la torretta sia gli specchi possono poi ruotare insieme per seguire il sole sul piano orizzontale, guidati da un paranco libero di muoversi su un binario circolare.

La struttura è anche più robusta di quella  proposta all'inizio del sito; le pietre del serbatoio di calore possono essere riscaldate ad una temperatura anche superiore ai 400 °C, ma la migliore efficienza di funzionamento si ha nel campo di temperature da 200 °C a 400 °C.

La temperatura di 200 °C non permette però un agevole utilizzo del ciclo brayton, in quanto per ottenere una discreta potenza è necessario abbassare ulteriormente il rapporto di compressione ed aumentare la cilindrata del motore; però la sua eventuale realizzazione porta a strutture più semplici e meno critiche anche se più voluminose.

Tale temperatura permette però ancora il riscaldamento del vapore utile a far funzionare appunto un motore a vapore.

L’energia termica immagazzinata in questo campo di temperature è però notevole; per calcolarla si possono utilizzare i seguenti dati:

• capacità termica della pietra circa la metà di quella dell’acqua, a parità di volume;

• peso specifico della pietra circa 2,5 Kg/dm³

• compattamento tipico delle pietre = 60% (cioè 60 litri di pietre occupano 100 litri di volume)

Di conseguenza un serbatoio di 65 cm di diametro e di 1 metro di altezza, realizzabile con una semplice lamiera di ferro (zincato) da 1 m x 2 m avrebbe un volume di 330 litri e la capacità termica di 100 litri di acqua.

Operando con un salto termico di 200 °C potrebbe quindi immagazzinare ben 20000 Kilocalorie, corrispondenti a 23 Kilowattora.

Riscaldando il vapore in un tubo a serpentina posto all’interno di tale serbatoio di calore, operando con un rendimento medio di conversione del 14% (ottenibile con pressioni da 10 a 20 atm) si otterrebbe una energia meccanica di 3,25 Kilowattora ed utilizzando un buon alternatore a magneti permanenti (oppure uno o più alternatori di auto) una energia elettrica intorno ai 3 Kilowattora.

Per fare un confronto, per accumulare tale energia mediante due serbatoi di acqua con un dislivello di 50 metri (corrispondenti alla pressione di 5 atm) ci vorrebbero 21 m³ di acqua, più quelli inerenti un’efficienza di conversione inevitabilmente inferiore al 100%

Mediante altri calcoli, approssimativi, inerenti l’isolamento termico ottenibile mediante lana di roccia, che a temperatura ambiente è simile a quello del polistirolo espanso, anche se diminuisce al crescere della temperatura ( da 0,03 Kcalorie/ore m °C a temperatura ambiente a 0,09 Kcalorie/ore m °C a circa 400 °C) si può calcolare una dissipazione termica di circa 320 Kcal/ora a 400 °C con uno spessore isolante di 15 cm ed una conducibilità termica media di 0,06 Kcal/m °C per la superficie laterale (2 metri quadri), alla quale andrebbe aggiunta la dissipazione (minore) attraverso le basi superiore ed inferiore del cilindro ugualmente isolate termicamente; però anche le pietre garantiscono un discreto isolamento termico.

Dopo 24 ore tale serbatoio avrebbe ancora più della metà ( 20000 – 7680 = 12320 Kcalorie) della energia termica immagazzinata (cioè avrebbe una temperatura media interna superiore ai 300 °C) e partendo da temperature più basse (es. 350 °C) la dissipazione diminuisce ulteriormente.

In definitiva potrebbe essere un valido contributo alla capacità di accumulo dell’energia di un  impianto elettrico autonomo, potendo essere ricaricato un numero virtualmente infinito di volte.

Anche l’isolamento termico esterno può essere ulteriormente migliorato con un altro strato di 15 cm di carta, foglie e trucioli di legno, avendo cura di non superare una temperatura massima ad es. di 200 °C e racchiudendo tutto mediante lamiere zincate esterne unite con ribattini, in modo da evitare l’eventuale combustione accidentale.

Un volume di accumulo maggiore migliorerebbe ulteriormente i tempi di immagazzinamento dell’energia ma quello proposto penso abbia dimensioni ottimali, potendo essere "ricaricato" dopo una decina (o poco più) di ore di sole dal concentratore solare proposto nel sito.

Aumentando invece la superficie del concentratore solare portandola a 16 m² o 20 m² si potrebbe operare a temperature maggiori, ad es. fino a 500°C; la maggiore quantità di energia immagazzinabile ed il maggiore rendimento di conversione medio possibile (es. 20%) si potrebbero immagazzinare fino a 6 Kilovattora di energia elettrica e 50 Kilovattora di energia termica complessiva (operando dalla temperatura ambiente a 500°C), accumulabili nell'arco di tempo di una giornata di sole estivo.

Infine il motore a vapore a semplice espansione andrebbe già bene ma potenza e rendimento maggiori sono ottenibili con una doppia espansione, quale sarebbe possibile utilizzando ad esempio un motore bicilindrico da 500 cc, recuperato da un'autodemolitore.

che illustra l’utilizzo di un semplice motore diesel trasformato in motore a vapore, fatto funzionare ad una pressione non raccomandabile per un semplice impianto sperimentale (da 42 a 70 atm) ed alla temperatura massima di 415 °C che riesce a raggiungere un’efficienza di conversione del 21,9 % con semplice espansione (risultato veramente notevole).

Anche il rapporto di espansione è notevole (sulle caratteristiche è riportato 1.25 ma dovrebbe essere 125 e la pressione finale, 0,25 atm, al disotto di quella atmosferica, implica il recupero dell’energia termica ad una temperatura ( temperatura ambiente); in un altro report indica invece una pressione finale di 0,5 atm ed una temperatura di condensazione di 80°C (l'acqua sul Monte Bianco bolle infatti alla temperatura di circa 80°C); richiede quindi un apposito condensatore, che consente, in questo secondo caso, anche il riscaldamento e l'ottenimento dell'acqua calda con una adeguata temperatura.

Le potenze prodotte vanno da 22 a 28 Kw; accontentandosi di potenze inferiori, e lavorando su entrambi i cilindri con semplice espansione si dovrebbe arrivare a rendimenti di 14% o 15% con pressioni di 10 o 20 atm.

Accontentandosi di potenze ancora più modeste (500 – 1000 W) si potrebbe però ancora utilizzare il ciclo Brayton, con rapporti di pressione limitati a 2:1 o 2,5:1

D’altra parte la ricerca "costruttiva" serve a trovare soluzioni valide per le persone e per l’ambiente.

Riguardo lo schema riportato, gli "organi di manovra A" servono a variare l’inclinazione dei pannelli che reggono gli specchi, visti di lato; gli "organi di manovra B" servono invece per muovere il carrello (posto su due ruote) lungo il binario circolare, in modo da poter variare l’orientamento orizzontale del concentratore.

Tra i due pannelli, visti di lato, da 1,5 x 2 metri ciascuno c'è uno spazio di apertura centrale che permette il corretto orientamento anche alla massima elevazione del sole in estate: da 67,5° nell'Italia del Nord (a 46° di latitudine) a 75,5° nell'Italia del Sud (a 38° di latitudine) essendo l'asse terrestre inclinato di circa 23,5° rispetto al piano di rotazione attorno al sole.

Il "mantice" per la circolazione dell'aria calda può essere azionato da un albero a gomiti posto alla base del serbatoio termico tramite due aste laterali ed il supporto orizzontale che, attraverso altre due piccole aste verticali collegate all'anello centrale aziona il "pistone" a forma di diaframma orizzontale avente lo stesso diametro del serbatoio (65 cm) ed una corsa di 16 cm, equivalenti ad un volume di 50 litri.

La capacità termica di un tale volume di aria, notevole a temperatura ambiente, diminuisce all'aumentare di questa.

Alla temperatura di 400 gradi comunque ha ancora la capacità termica sufficiente a trasferire 2,8 Kw di potenza termica alla velocità di rotazione di 1 solo giro al secondo, con un salto di temperatura di 100 °C, anche se l'efficienza del concentratore in tal caso è un pò inferiore a quella risultante dalla pagina "dimensionamento dei pannelli", dovendo operare con temperature intorno ai 500 °C

La potenza assorbita da tale "mantice" non dovrebbe essere elevata; infatti le valvole V1,V2,V3 e V4, del tipo "a gravità", simili a quelle utilizzate per impedire l'ingresso della pioggia nel tubo di scappamento verticale degli autobus cittadini e il notevole diametro dei tubi di collegamento dovrebbe limitare la pressione necessaria ad una decina di millibar; la potenza assorbita:

                                                    Pa = 0,01 * 102 * 50 (litri al secondo) =   50,1 W

 dovrebbe quindi essere limitata a 50 W, recuperabile una volta caricato il serbatoio termico.

In realtà anche 10 mbar sono una pressione rilevante in un piccolo impianto di circolazione dell'aria; sulla superficie di una porta di 2 m² corrisponde ad una forza di 200 Kg, cioè quella di un 1/2 tornado; sul pistone del "mantice" corrisponde ad una forza media di 33 Kg, forse un pò elevata, vista la bassa velocità di movimento (1 giro al secondo); realisticamente tale forza media potrebbe essere limitata a 10 o 15 Kg, e quindi la potenza assorbita potrebbe essere abbassata almeno di 2 o 3 volte.

Riguardo lo scambio termico tra le pietre calde ed il tubo a serpentina, questo può essere migliorato collegando alla serpentina una serie di barre verticali o una  griglia metallica, come suggerisce anche Andrea da Tenerife; inoltre ponendo al posto di pietre disposte casualmente delle lastre di pietra disposte verticalmente a più piani, si possono aumentare sia la capacità termica sia lo scambio termico di tale serbatoio di calore.

In definitiva, dopo una giornata di sole questo sistema di accumulo dovrebbe garantire una discreta quantità di energia elettrica nelle ore notturne.

  una valutazione della capacità termica dei materiali

ritorno alle caratteristiche tecniche