Svolta innovativa nell'ingegneria solare

Il grave problema della polvere nel settore solare

Il mercato dell'energia solare ha registrato una crescita sempre più rapida negli ultimi anni, con un calo dei costi pari all'85% solo nell'ultimo decennio.1

«Le perdite globali dovute alla contaminazione ammontano al 3-4%, con un costo previsto per il mondo di 4,1-7,2 miliardi di dollari nel 2023.»

– Centro Fraunhofer per il fotovoltaico al silicio (CSP)

Sebbene l'energia solare sia sempre più accessibile, il settore deve ancora affrontare sfide e difficoltà iniziali. Un problema sorprendentemente complesso sta influenzando la conversione dell'energia solare in tutto il mondo: la polvere sui pannelli. Conosciuto nel settore come «contaminazione» dei pannelli solari, questo problema comune interessa i parchi solari in tutte le regioni del mondo. La produzione di energia fotovoltaica (PV) è ostacolata dalla polvere e da altre particelle che si accumulano sulla superficie dei pannelli, causando perdite di trasmissione della radiazione comprese tra il 2 e il 50%, a seconda della regione in cui si trova il parco solare. Nel 2019, il Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP ha calcolato che le perdite di trasmissione dovute alla contaminazione a livello globale sono del 3-4%, il che costerà al mondo una cifra stimata tra i 4,1 e i 7,2 miliardi di dollari nel 2023.

1 Prospettive del settore delle energie rinnovabili per il 2022. Deloitte, marzo 2022.
2 Perdita di potenza dovuta all'imbrattamento dei pannelli solari: una rassegna. Maghami et al., Universiti Putra Malaysia, giugno 2016.
3 Valutazione tecnico-economica delle perdite dovute all'imbrattamento e delle strategie di mitigazione per la produzione di energia solare. Ilse et al., Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP, settembre 2019.

Il costo dell'eccesso di polvere e sostanze inquinanti

Sebbene la risposta possa sembrare semplice – pulire i pannelli – questa soluzione è costosa in termini di:

Energia

L'energia necessaria per alimentare le attrezzature di pulizia. Poiché i pannelli solari si raffreddano durante la notte e raccolgono la rugiada al mattino, la polvere e altri inquinanti atmosferici si incrostano sulle superfici dei pannelli, rendendo difficile la loro rimozione senza l'uso di attrezzature di pulizia robotizzate ad alta potenza. Queste attrezzature possono comportare costi elevati in termini di energia e denaro, e il processo di pulizia stesso può essere dannoso per l'ambiente.

Denaro

Il Laboratorio Nazionale per le Energie Rinnovabili del Colorado (USA) stima che «una pulizia una tantum di un parco solare da 10 megawatt – in grado di fornire energia elettrica sufficiente ad alimentare 2.000 abitazioni per un giorno – possa costare circa 5.000 dollari»⁴. Se un parco da 10 MW pulisse i propri pannelli una volta al mese, dovrebbe prevedere una spesa annua di 60.000 dollari.

Il nostro cliente possiede e gestisce oltre 45 parchi solari con migliaia di pannelli, situati in regioni del mondo caratterizzate da un elevato tasso di umidità e da una notevole presenza di polvere e sostanze inquinanti nell'aria. Il team di ingegneri doveva trovare un modo per impedire che i pannelli si ricoprissero di polvere appiccicosa, al fine di migliorare il tasso di conversione energetica dei propri parchi solari. Si sono rivolti a Goldfire, un prodotto Accuris su cui facevano costantemente affidamento per attività quali la progettazione della disposizione dei pannelli solari, l’installazione e altre operazioni, per verificare se potesse essere d’aiuto anche in questo caso.

4 scienziati che studiano il sole cercano di risolvere un problema legato alla polvere. Laboratorio Nazionale per le Energie Rinnovabili. Aprile 2021.

Il Problema

Il Cliente
, un’azienda leader nel settore delle energie rinnovabili che gestisce oltre 45 parchi solari in tutto il mondo

Utenti
, vicepresidente per l'innovazione, ingegneri progettisti, ricerca e sviluppo

Si Sono Rivolti ad Accuris con le Seguenti Sfide:

• Trovare in natura una soluzione da riprodurre nei propri progetti: questo è importante per la loro azienda.
• La ricerca di informazioni pertinenti richiedeva molto tempo e non portava a nulla. Il team cercava le informazioni manualmente, esaminando i documenti uno per uno alla ricerca di una risposta.
• La mancanza di competenze specialistiche in settori scientifici quali la biotecnologia, la botanica e la biomimetica rendeva difficile capire dove cercare la risposta.
• I motori di ricerca tradizionali restituivano un elenco di parole chiave basate sulla query di ricerca, ma senza alcun contesto
• Era molto probabile che il team trascurasse qualcosa di importante a causa delle considerazioni sopra esposte.

La Soluzione

Goldfire si avvale di tecnologie all'avanguardia nel campo del machine learning e dell'elaborazione del linguaggio naturale, che gli consentono di collegare informazioni provenienti da diversi settori e discipline, proprio come fa il cervello umano quando stabilisce connessioni cognitive.

Grazie alle funzionalità di ricerca cognitiva di Goldfire, il team ha cercato una risposta nel mondo delle piante. Sono state individuate informazioni rilevanti in diverse discipline ingegneristiche e settori scientifici. Nel giro di due giorni, Goldfire ha individuato un risultato chiave in un articolo del 2019 sulle superfici superidrofobiche, che ha portato il team alla risposta che cercava. In questa pubblicazione, gli autori hanno parlato della capacità della foglia di loto di autopulirsi, respingendo gocce d'acqua, sporco e altre particelle grazie alle protuberanze cerose multiscalari presenti sulle sue foglie. Questo fenomeno è noto come "effetto loto".

Il team ha poi individuato un secondo articolo del 2015 che descriveva un rivestimento trasparente superidrofobico utilizzabile come vernice su automobili, attrezzature nautiche, turbine eoliche e pannelli solari. Ispirandosi alle proprietà chimiche della pianta di loto, un produttore aveva sviluppato questo rivestimento superidrofobico che imitava l’effetto loto, creando un meccanismo autopulente per qualsiasi superficie su cui venisse applicato. Una volta applicato su un pannello solare, le gocce d'acqua e le particelle di polvere sarebbero semplicemente rotolate via dal pannello, invece di attaccarsi e depositarsi sulla superficie.

Il nostro cliente ha condotto questa ricerca utilizzando Goldfire, mettendo a frutto le conoscenze accumulate in natura nel corso di miliardi di anni per realizzare una svolta innovativa nel campo delle energie alternative e rinnovabili.

• La ricerca cognitiva basata sull'intelligenza artificiale di Goldfire guida l'utente verso la risposta. Va oltre un semplice elenco di parole chiave, collegando elementi disparati di conoscenza sulla base del contesto e della semantica, vagliando le informazioni ed estraendo i contenuti rilevanti proprio come farebbe il cervello umano.
• Grazie al machine learning e all'elaborazione del linguaggio naturale, il sistema analizza la richiesta nel suo contesto in 6 lingue diverse, fornendo risposte e informazioni pertinenti in vari settori.
• L'indicizzazione delle pubblicazioni scientifiche e tecniche a livello mondiale, in tutti i settori industriali e in tutte le discipline ingegneristiche, consente agli utenti di trovare più facilmente e in minor tempo le risposte che cercano.

I Risultati

Il nostro cliente ha trovato la risposta che cercava entro due giorni dall'inizio della ricerca. Senza Goldfire, ci sarebbero volute settimane o mesi per trovarla. Grazie ai brevetti indicizzati da Goldfire, il team di ricerca ha individuato un produttore della vernice che riproduce l'effetto loto e ha trasmesso queste informazioni al team di prodotto, che ha potuto così applicare tali conoscenze ai propri prodotti esistenti.

Con Accuris, Il Team di Ricerca:

• Ha risparmiato tempo, energie e denaro grazie alla potenza dell'intelligenza artificiale con Goldfire
• Ha individuato un metodo di autopulizia presente in natura che potrebbe essere applicato alla sfida
• Ha individuato un produttore di rivestimenti superidrofobici, ottimizzando il processo per risolvere il problema e applicare una soluzione al prodotto esistente
• Ciò ha consentito di risparmiare settimane di lavoro di progettazione, che hanno potuto essere dedicate ad altre sfide, come la progettazione di parchi solari e la riduzione dei tempi di ritorno sull'investimento per i nuovi siti dei parchi
• Ha testato e verificato un nuovo metodo affidabile per condurre ricerche con Goldfire, che potranno applicare ad altri progetti innovativi e a linee di prodotti nel settore delle energie rinnovabili

Informazioni su Accuris

Accuris è un'azienda tecnologica specializzata nel settore ingegneristico che genera un fatturato annuo ricorrente di 500 milioni di dollari grazie a soluzioni basate sull'intelligenza artificiale per la gestione dei dati e dei flussi di lavoro. Da oltre 60 anni, gli ingegneri si affidano ai nostri dati e alla nostra tecnologia per innovare e risolvere i problemi, riducendo i tempi di ideazione del 70% ed eliminando i guasti a prodotti e processi fino a cinque volte.

Collaboriamo con oltre 6.000 clienti in tutto il mondo e 650.000 utenti finali del settore ingegneristico in più di 100 paesi e in decine di settori – tra cui quello aerospaziale e della difesa, dell'energia, della sostenibilità, dell'edilizia, dell'architettura e molti altri.

Accuris collabora con oltre 400 organismi di normazione per sostenere la loro missione senza scopo di lucro, semplificando l'accesso a 2,3 milioni di norme tecniche a favore dell'innovazione e del progresso in tutto il mondo. Accuris ti mette a disposizione una tecnologia che integra il sapere – affinché tu possa contribuire a costruire un mondo migliore.