Pubblicato:
13 febbraio 2014
Categoria: Manuali tecnici
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Una nuova guerra tra corrente alternata e corrente continua
Illuminazione stradale 1 Le informazioni contenute nel presente documento sono tutelate dal diritto d’autore e possono essere usate solo in conformità alle norme vigenti. In particolare Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico si riserva tutti i diritti sulla scheda e su tutti i relativi contenuti. Il materiale e i contenuti presentati nel documento sono stati attentamente vagliati e analizzati, e sono stati elaborati con la massima cura. In ogni caso errori, inesattezze e omissioni sono possibili. Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico declina qualsiasi responsabilità per errori ed omissioni eventualmente presenti nel sito. Una nuova guerra tra corrente alternata e corrente continua di Gianfranco Ceresini 1. Prima parte Il settore civile e terziario, case, uffici, negozi, studi, laboratori, etc. è sommerso da alimentatori che convertono la tensione alternata di rete a 230 V in tensione continua, in genere nel range 3-24 V, per alimentare ogni genere di dispositivi: dai televisori, ai computer, dai cellulari alle stampanti, dagli stereo agli scanner, dai lettori CD/DVD ai fax/modem, etc. Ed il numero di questi ed altri dispositivi elettronici, le cui schede si nutrono di corrente continua, tende sempre di più ad aumentare col tempo. Il sistema di generazione e di distribuzione in alternata trifase, fu inventato nel diciannovesimo secolo da Nicola Tesla. Il suo sistema di distribuzione a corrente alternata (240 V, 60 Hz) lo mise in contrasto con Thomas Edison, strenuo difensore del sistema a 110 V in corrente continua. Dopo una lunga “guerra delle correnti” tra i due, sappiamo come andò a finire: prevalse il più efficiente sistema in corrente alternata, soprattutto a causa della facilità con la quale i trasformatori permettevano (e permettono tuttora) di aumentare la tensione AC, consentendo una trasmissione dell’energia elettrica su grandi distanze con perdite limitate. Questo sistema che regge da più di un secolo non viene messo in discussione, anche se da svariati anni è in atto una rivoluzione copernicana nella concezione della generazione dell’energia elettrica: da un sistema formato da (relativamente) poche centrali di grande potenza con grandi distanze di trasmissione da percorrere, ci si sta indirizzando sempre più verso un sistema di generazione su base locale con tante piccole unità generatrici che inviano energia verso carichi a piccole distanze. Questo significa che ridurre le perdite lungo le linee, pur rimanendo un obiettivo determinante, sarà considerato meno prioritario, essendo generazione e utilizzazione più vicine nello spazio. Ma non è su questo piano, seppur stimolante, che vogliamo sviluppare la discussione, ma sulla possibilità che la corrente continua nei prossimi anni si possa prendere una piccola rivincita, almeno all’interno delle abitazioni e degli uffici, sulla corrente alternata. Ci stiamo chiedendo: è tecnicamente ed economicamente ipotizzabile realizzare un significativo risparmio energetico con una distribuzione di tensione in continua all’interno delle abitazioni ? Nel 2000, il premio per l’invenzione italiana dell’anno promosso dalla rivista Focus, andò ad un trasformatore (da utilizzare negli alimentatori) dotato di un sensore che, quando l’apparecchiatura collegata non richiedeva energia, commutava la corrente magnetizzante assorbita dal primario del trasformatore su un circuito ad alta impedenza, riducendone in questo modo l’intensità e quindi l’assorbimento energetico. Questo risparmio moltiplicato per il numero degli alimentatori di ciascuna casa, permanentemente collegati alla tensione di rete, poteva portare ad un risparmio intorno al 5-10%. Questo episodio è in se una piccola risposta alla domanda che ci siamo posti. Pubblicato il: 11/06/2007 Aggiornato al: 11/06/2007
Illuminazione stradale 2 Le informazioni contenute nel presente documento sono tutelate dal diritto d’autore e possono essere usate solo in conformità alle norme vigenti. In particolare Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico si riserva tutti i diritti sulla scheda e su tutti i relativi contenuti. Il materiale e i contenuti presentati nel documento sono stati attentamente vagliati e analizzati, e sono stati elaborati con la massima cura. In ogni caso errori, inesattezze e omissioni sono possibili. Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico declina qualsiasi responsabilità per errori ed omissioni eventualmente presenti nel sito. 2. Seconda parte Analizziamo quindi la situazione attuale. Dai tempi di Tesla e di Edison sono stati fatti grossi passi avanti nella tecnologia in corrente continua. Le tensioni possono ora essere regolate facilmente con i circuiti integrati e l'elettronica di potenza per la corrente continua rende possibile un efficiente ed accurato controllo della potenza elettrica (es. per i motori a velocità variabile), ed esistono ormai possibilità di conversioni efficienti di tipo CC/CA e CC/CC. Nella prospettiva futura nella quale vi sia nella maggior parte degli edifici un sistema di generazione in corrente continua, come ad esempio i pannelli solari o le celle a combustibile, potrebbe essere conveniente pensare di abbracciare un sistema dotato di una doppia canalizzazione elettrica: in parallelo all’alternata distribuire anche la continua, prevedendo quindi di fianco alle tradizionali prese a 230 V AC, anche delle prese a 3-6-9-12-15-18-24 V DC (figura 1). Tutto questo renderebbe obsoleti gli innumerevoli alimentatori (che hanno perdite del 30-40%) presenti in ogni ambiente e presupporrebbe che vengano costruite e commercializzate apparecchiature prive di schede di conversione AC/DC. E’ forse uno scenario troppo futuribile, ma che porterebbe una serie di vantaggi notevoli: • Tutte le apparecchiature funzionanti in continua verrebbero collegate direttamente alla rete in continua riducendo così i consumi e le perdite dovute alle singole conversioni AC/DC • Un sistema in corrente continua necessita di meno spazio rispetto ad un sistema con i diversi trasformatori, che sono richiesti per un sistema basato solo sulla corrente alternata • La corrente continua generata attraverso sistemi locali, quali i pannelli solari, può essere direttamente utilizzata senza la doppia perdita causata dalla conversione in alternata da un inverter e dalla nuova conversione in continua nell’utilizzatore (es. un PC) • Un sistema di immagazzinamento di energia elettrica in corrente continua attraverso batterie, permette di avere già in casa una valida alternativa all’installazione di UPS come riserva di energia • In un’ottica di invecchiamento progressivo della popolazione, un sistema parallelo AC-DC che mantenga in funzionamento dispositivi indispensabili ad una popolazione anziana, quali equipaggiamenti per la respirazione artificiale, sistemi di monitoraggio e comunicazione, servoscale, etc. consente una maggiore sicurezza • Viene aumentato il livello di sicurezza elettrica perché moltissime apparecchiature non sarebbero più collegate alla rete a 230 V AC Non dobbiamo però nascondere che questo scenario porterebbe anche una serie di problematiche: • I carichi più pesanti funzionano solamente se collegati alla rete a 230 V AC e quindi il risparmio energetico si avrebbe solo sulle apparecchiature meno potenti. • I produttori di apparecchiature elettroniche dovrebbero mettere in commercio dispositivi privi della parte di conversione AC/DC e muniti di particolari prese DC. Occorrerebbero, a questo proposito un accordo a livello internazionale per fissare dei valori standard di alimentazione di rete in corrente continua. In alternativa potrebbero essere realizzati dispositivi in grado di rilevare il livello di tensione presente e di conseguenza assestare ed ottimizzare automaticamente la tensione interna. • Vi è sicuramente un maggior costo iniziale dell’impianto a causa della doppia distribuzione alternata e continua (approssimativamente un 50% in più) Nonostante questi aspetti negativi, poiché le nuove tecnologie vengono tutte sviluppate su base elettronica e quindi alimentate in continua, può diventare un forte elemento di efficienza energetica il fatto di fornire una parte di elettricità anche in corrente continua. Come indicato in figura 1, si tratterebbe di installare, subito dopo il contatore, un unico convertitore AC/DC dal quale far partire la linea di distribuzione in corrente continua per alimentare i vari stereo, PC, lampade alogene, fax, DVD, telefoni, etc. Un’altra situazione, ancora più rivoluzionaria potrebbe essere che le imprese stesse di distribuzione convertano l’alternata in continua nelle cabine MT/BT e la distribuiscano direttamente agli utenti. Ma questa è un’altra storia e non sembra possibile in tempi brevi. A proposito di tempi, in quanti anni si potrebbe avere il sistema DC all’interno delle case ? E’ impossibile dirlo, forse 20, 30 anni o forse di più, ma riteniamo comunque che prima o poi si debba pensare a questa soluzione, che insieme ad altre, devono portarci ad avere abitazioni ed uffici con un grado sempre maggiore di efficienza energetica.
Illuminazione stradale 3 Le informazioni contenute nel presente documento sono tutelate dal diritto d’autore e possono essere usate solo in conformità alle norme vigenti. In particolare Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico si riserva tutti i diritti sulla scheda e su tutti i relativi contenuti. Il materiale e i contenuti presentati nel documento sono stati attentamente vagliati e analizzati, e sono stati elaborati con la massima cura. In ogni caso errori, inesattezze e omissioni sono possibili. Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico declina qualsiasi responsabilità per errori ed omissioni eventualmente presenti nel sito. Figura 1 – Esempio di un sistema di distribuzione ibrido AC-DC all’interno di una abitazione