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Titolo: Sun in a box

 
https://www.pv-magazine.com/2018/12/07/molten-silicon-storage-enough-to-power-city-says-mit/
 
<">
The system turns light of white-glowing molten silicon into electricity
using specialized PV cells. The researchers claim that the concept could
store electricity at around half the costs of pumped hydro. A single system
comprising two ten meter tanks could power 100,000 households.
(...)
When electricity is needed, the molten white-glowing liquid silicon is
pumped through an array of tubes that emit light. The tubes are routed past
high-efficiency solar cells, called multi-junction photovoltaics, with the
light from the molten silicon then being turned back into electricity.
Through that process the silicon cools down and flows back into the “cold”
tank, to be used again.
(...)
</">
 
Non mi convince molto, un po' per la pericolosità di avere grandi cisterne
con materiali ad alta temperatura, un po' per l'efficienza che presumo sia
bassa. Affermano comunque che il costo dovrebbe essere la metà di quello
dei pompaggi idroelettrici...


non capisco : emettendo luce la massa incandescente si 
raffredda e comincia a diventare gialla, arancio, rossa, 
marron, e poi a emettere nel solo infrarosso. E nel 
frattempo la resa delle celle FV irraggiate crolla.
 
Bisogna quindi vedere :
* a cavallo di quale range di temperatura utile il sistema 
si mantiene efficace ?
* siccome immagino che per avere emissione diretta da 
incandescenza bisogni lavorare sopra i 1000° (e se Si 
dev'essere fuso e fluido facciamo anche 1700-1800), 
probabilmente fino a 2000°, quanta energia DISSIPA questo 
accumulo ?
 
Mboh, dire che sono perplesso è poco
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 

 Mboh, dire che sono perplesso è poco
 
Oltre alla dissipazione, io vorrei capire quale è l'efficienza tra
l'energia immessa come calore e quelle emessa come luce da incandescenza.


in sé questo dato è irrilevante da solo.
Il problema è quanto trasmette (nel breve lasso di 
esposizione) rispetto a quanto dissipa, nelle lunghe ore di 
stoccaggio a riposo o di ricarica ?
 
Mi spiego meglio.
In un serbatoio adiabatico ideale, fosse pure 1 per mille 
l'efficienza di irraggiamento, non si sprecherebbe comunque 
nulla : il calore restrerebbe intrappolato nella massa ed 
essa si raffredderebbe assai poco.
 
Ma a 2370° ho invece idea che la dissipazione sia "assai"


 dei pompaggi idroelettrici...
 
Sulla faccenda costi, notate il tipico trucco dell'imbonitore
e/o truffatore. Dopo l'apertura sulla parte economica:
 
"By turning their heads to using electricity from solar PV and wind
and use multi-junction photovoltaics instead of steam engines, they
say the costs of stored energy could be half of that of pumped
hydro – which is currently the cheapest source of stored energy."
 
Apre con:
 
"The costs for pumped hydro storage currently are between
$200/MWh to $300/MWh."
 
... e finisce li', tutta l'analisi economica. Dobbiamo
cioe' prendere sulla parola (per induzione seguendo la
premessa) che il sistema dovrebbe costare tra i
$100/MW*h to $150/MW*h."
 
Chiariamo alcune cose: il pompaggio non ha le limitazioni
dell'idroelettrico. Si puo' "costruire" anche nel deserto.
 
Poi, attenzione al volo pindarico:
 
"By turning their heads ..."
 
a parte che "heads" e' una licenza letterale ambigua ...
 
"to using electricity from solar PV"
 
notare come si affretta a precisare che il solare e' fotovoltaico,
non ne ammettono altri (perche' ?)
 
"and wind and use multi-junction photovoltaics instead
of steam engines,"
 
fotovoltaico a multigiunzione invece di macchine a vapore ...
 
"they say the costs of stored energy could be half of that
of pumped hydro – which is currently the cheapest source
of stored energy."
 
dove pero' la pietra di paragone e' il pompaggio che tutti
sanno non usa il ciclo a vapore. Insomma una frase ingrovigliata
per cercare di confondere chi testardamente ha voluto arrivare
fino in fondo all'articolo per cercare una qualche sostanza.
Restando deluso.
 
Per esempio, le "celle fotovoltaiche specializzate" con che
efficienza possono funzionare ? Grosso modo ?
E' il dato piu' importante per capire se avendo tutta quella
broda rovente non ci conviene invece attaccarci un combinazione
di turbine, Bryton seguita da un Rankine a vapore: 50% efficienza.
 
Ma andiamo sull'unico paragrafo che contiene qualche dato
tecnico di questa tecnologia (a parte l'uso della grafite
per il contenitore):
 
"The technology uses two large 10-meter wide graphite tanks, which
are heavily insulated and filled with liquid silicon. One tank
stores silicon at a temperature of 1926°C. The “cold” tank is
connected via a bank of tubes and heating elements to a “hot”
tank in which liquid silicon at a temperature of 2370°C is stored."
 
Sull'isolamento "pesante" non mi faccio grossi problemi: basta
usare la regola del pachiderma (l'elefante), ovvero di costruire
un oggetto abbastanza grosso (come partire con un serbatoio
di cui un ordinata si misura in 10 metri, anche se non e'
dato sapere l'altra) per cui il volume "caldo" ha una
superficie ridotta.
 
Poi abbiamo l'escursione di emissione. Se il serbatoio "freddo"
e' a 1926 Celsius (strano valore, perche' non 2000 tondi ?
Per gli smemorati, il silicio fonde a 1414 Celsius) viene
da immaginare che l'emissione luminosa si trova entro uno
spettro tra 2000K e 2370K. Quindi vogliono usare celle fotovoltaiche
che operano entro questo spettro di emissione. Quindi la domanda:
ma di che multigiunzione si tratta, visto uno spettro cosi'
"stretto" ?
 
Ecco come dovrebbe avvenire lo "scambio" di energia:
 
"When electricity is needed, the molten white-glowing liquid silicon
is pumped through an array of tubes that emit light. The tubes are
routed past high-efficiency solar cells, called multi-junction
photovoltaics, with the light from the molten silicon then being
turned back into electricity. Through that process the silicon
cools down and flows back into the “cold” tank, to be used again."
 
Non e' chiaro se i tubi sono "trasparenti", ma anche il
quarzo fonde alle temperature citate (1670 Celsius per il quarzo).
Quindi di cosa sono i tubi ? Ne acciaio, neanche il titanio
resistono. Quindi tungsteno ? Ed e' allora il tungsteno che
emette la radiazione, scaldato dal silicio fuso al suo
interno ?
 
C'e' una frase all'interno dell'articolo che spiega la ragione per
pubblicare una tale notizie (tipo vapor-techno):
 
"... the concept was not entirely new, as others had been exploring
the possibilities of storing heat from renewables. Hitherto, the
focus had been to use concentrated solar power to heat metal or salt
and dissipate the heat when needed to power steam engines. But this
technology never managed to prompt an economically viable pricing
scenario."
 
Che la tecnologia dell'accumulo termico per alimentare una macchina
a vapore non abbia mai ottenuto dei costi economicamente praticabili
e' semplicemente una emerita falsita'.
 
Fatte bene attenzione: la tecnologia proposta in questo articolo
non ha nulla a che fare con la cattura dell'energia solare,
bensi riguarda la sezione di accumulo. Ebbene, la parte costosa
delle centrali termodinamiche a concentrazione solare (TCS) con
accumulo non e' affatto la sezione di accumulo, bensi' quella
di captazione solare.
 
La tecnologia qui proposta vuole partire dopo la captazione,
in questo caso dopo la cattura con campi di moduli fotovoltaici
"comuni", e richiede una seconda serie di moduli fotovoltaici
specializzati che operano nello spettro da 2000K e 2400K.
 
Quindi il confronto non e' tra una centrale TCS ed un campo
fotovoltaico (i cui costi oggi sono paragonabili, tra parentesi)
ma tra il sistema di serbatoi a sali fusi e la proposta in
questione. Affermare che il sistema di serbatoi a sali fusi
non abbia provato la sua praticabilita' economica, tenendo
presente che il confronto e' con serbatoi pieni di silice
fusa (che sarebbe "pompata", cosi' per curiosita' ? con
turbine "ceramiche" ?) + una serie di moduli fotovoltaici
a spettro specializzato per una potenza totale almeno
dello stesso ordine di grandezza della potenza della fonte
primaria di elettricita'. Mi rifiuto di fare il calcolo per
provare che il sistema serbatoio con sali fusi sara'
*sempre* ed *in ogni caso* meno costoso della combinazione
proposta, perche' e' come chiedere la prova che una moka
da caffe' costa meno di una macchina da caffe' a cialde.
Se non lo capisce al volo, non c'e' spiegazione che tenga.
 
Qualcuno potrebbe obbiettare: ma nel sistema ad accumulo a
sali fusi c'e' il gruppo a vapore che non ha conteggiato!!!
Idiota: il gruppo a vapore e' gia' presente nella sezione
primaria di cattura dell'energia solare e quindi non vanno
ricalcolati un ulteriore volte. Invce si da' il caso
che nella proposta, i moduli fotovoltaici ordinari della
fase di cattura dell'energia solare non sono utilizzabili
per la cattura del calore accumulato nel silicio fuso.
Cioe' abbiamo due serie di moduli.
 
L'articolo in questione quindi fa parte della campagna di
cronico subdolo attacco verso l'unica tecnologia che puo' dare
filo da torcere alla vendita di combustibili fossili:
il TCS con accumulo termico a sali fusi.
 

 Ma a 2370° ho invece idea che la dissipazione sia "assai"
 
Potrei pensare al concetto del vaso di Dewar ... in cui la radiazione
viene riflessa indietro al 97-98%.
 
La questione, ipotizzando astrattamente una perdita nulla in fase di
magazzino, e' quella del ciclo:
 
---> energia solare ---> elettricita' in calore ---> elettricita'
                    max 30% ?                  max 30% ?
 
che significa 0,30 x 0,30 = 0,09 --> 9% dell'energia solare radiante
esce dalla "batteria"
 
Per un paragone, nel caso del termoelettrico a concentrazione solare
(TCS) abbiamo:
 
---> energia solare ---> calore ---> elettricita'
                      50%        25%
 
che significa 0,50 x 0,25 = 0,125 --> 12,5% dell'energia solare
radiante esce dalla batteria ove ho usato valori "conservativi"
sulla base dello stato dell'arte della tecnologia TCS.
 
Forse ad alcuni la differenza tra un 9% ed 12,5% puo' sembrare
poca, ma dal punto di vista della azienda elettrica significa
che il TCS eroga quasi il 50% di energia elettrica in piu'. E
nel fatturato questo fa una differenza signficativa.
 
Ma se andiamo a considerare le efficienze dello stato dell'arte dei
moduli fotovoltaici usati nei grossi impianti, la sequenza diventa:
 
---> energia solare ---> elettricita' in calore ---> elettricita'
                    max 18% ?                  max 30% ?
 
che significa 0,18 x 0,30 = 0,054 --> 5,4% dell'energia solare radiante
esce dalla "batteria", cioe' viene "sbaragliato" dal TCS con il suo
12,5%
 
E poi voglio proprio vedere quanto costerebbero ---- euro/kW(p) ---
queste celle fotovoltaiche specializzate multigiunzione che operano
tra 2000K e 2400K con una efficienza che dovrebbe essere almeno
del 30% per non rendere totalmente ridicola (oltre che evidentemente
faziosa nei toni con cui fa il confronto con il solare a
concentrazione termica) la proposta in questione.
 
Ma forse non ho capito il concetto: cosa di cui non mi vergognerei
visto la vaghezza in termini di dati tecnici. Dicono che hanno
provato il "contenitore". Scusate, ma un contenitore per silicio
fuso fino a 2400K non e' una novita'. Invece hanno almeno
provato a fare un po' di brain-storming sul materiale dei "tubi"
oppure su come "muovere" la massa fluida ? Perche' senza questi
due elementi siamo alla totale impraticabilita'. Poi ci sarebbe
la questione delle celle fotovoltaiche specializzate: esiste
gia' tecnologia per catturare energia radiante con uno spettro
tra 2000K e 2400K e con una efficienza decente (che dovrebbe
arrivare fino al 30%, a mio parere, considerando che si tratta
l'ultima conversione di un paio di conversioni precedenti
non proprio eccelse.
 
E poi qualche idea sull'aspetto costi ? Sparano "la meta' del
pompaggio", implicando una cifra di $100-$150/MW*h peraltro,
in modo interessante, invertendo la solita' dimenticanza, cioe'
questa volta si sono dimenticati di indicare la potenza (MW).
Perche' una cosa e' erogare un MW*h ad un MW di potenza, un
altra cosa e' erogare un MW*h ad un kW di potenza (costa
molto meno).
 
Insomma, la solita sbobba a cui noi ingegneri ci siamo rassegnati
di ricevere, da un certo mondo anti-tecnologico che, visto che non
capisce molto di macchinari, sogna un improbabile *efficiente*
autarchia domestica con miracolose scatolette e panelli che
farebbero tutto senza porre mano, senza tecnici.
 
Sognare e' lecito, a patto di non fare spendere un mucchio di
soldi ai contribuenti e consumatori, come e' accaduto e sta
accadendo per 20 anni a quelli italiani.
 

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Ops, dimenticavo di aggiungere 273 gradi nella conversione da
Celsius a kelvin il che porterebbe lo spettro di emissione
tra 2273K e 2643K
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Errore mio, sarebbe tra 2273K e 2650K


 tra 2000K e 2400K e con una efficienza decente (che dovrebbe
 
... sarebbe tra 2273K e 2650K
