L’importanza di fare attenzione alle unità di misura.
Capita alle volte che alcuni lettori mi contattino per pormi domande più diverse in materia di Impianti Fotovoltaici, Cogenerazione, Sistemi di Accumulo e tanto altro, ma mi sono reso conto che due concetti fondamentali, Potenza (kW) ed Energia (kWh), vengono spesso confusi.
Questi errori, nel mondo impiantistico, portano solitamente una sottovalutazione dei costi di gestione degli impianti, con tutte le conseguenze che ne conseguono.
Uno degli errori più clamorosi di unità di misura (forse il più clamoroso della storia della scienza e della tecnica) è capitato alla Nasa sul finire degli anni ’90. All’epoca, per una incomprensione tra le unità di misura metriche (i Newton) e quelle anglosassoni (i pound) è stata calcolata in modo sbagliato l’orbita della sonda Mars Climate Orbiter, tanto da portarla a schiantarsi sul pianeta rosso al momento dell’atterraggio. Un errore di calcolo costato, allora, oltre 100 milioni di dollari.
Questo articolo quindi vuole ripassare due concetti fondamentali nel mondo impiantistico (e non solo!) perché altrimenti non ci capiamo e soprattutto rischiamo di fare scelte sbagliate.
Potenza: kW
La potenza è un concetto che generalmente si usa per esprimere la capacità di svolgere un certo lavoro da parte di un macchinario, caratteristica che si rispecchia nelle sue dimensioni.
La potenza si esprime con una unità di misura chiamata watt, sigla W, in onore dello scienziato scozzese James Watt, ma generalmente si utilizza il suo multiplo chilowatt, sigla kW, pari a 1000W.
I chilowatt un tempo si usavano solamente per gli “oggetti” elettrici (ad esempi le stufette), ma oggi sono usati praticamente per esprimere qualunque potenza: elettrica, meccanica, termica, ecc.
Ad esempio:
- la potenza meccanica erogata all’asse da un motore elettrico,
- la potenza meccanica erogata dal motore di una automobile,
- la potenza termica erogata da una caldaia,
- la potenza termica di un radiatore da appartamento,
- la potenza di una stufetta elettrica (qui la potenza elettrica coincide con la potenza termica),
- la potenza di una pompa o di un ventilatore,
- la potenza (termica) dissipata da un microprocessore,
- ecc.
Ricordiamoci quindi che i chilowatt sono una unità di misura che esprime potenza, indipendentemente dal tipo di macchina.
L’unica cosa che sappiamo è che questa macchina sta convertendo una forma di energia in un’altra (ad esempio l’energia della luce in energia elettrica, l’energia “calorica” che contiene il metano in energia termica, ecc..).
Di potenza non ce n’è una sola
Se è vero che di mamma ce n’è una sola, per la potenza non è la stessa cosa. Di “potenze” infatti ce ne sono essenzialmente di due tipi:
a) La potenza nominale, cioè la potenza che può esprimere una qualunque macchina in determinate condizioni o al massimo delle sue capacità; viene stabilita dal costruttore ed è chiamata generalmente potenza “di targa“. Per fare un esempio, prendiamo i Moduli Fotovoltaici, dove la potenza nominale dichiarata dal costruttore si riferisce alla potenza erogata dal modulo in precise condizioni di laboratorio che corrispondono circa alle condizioni di sole a mezzogiorno e cielo limpido); per evitare confusione questa potenza viene indicata con la sigla Wp, che significa “watt di picco”.
b) La potenza istantanea, che indica la potenza che un apparecchio sta consumando in un preciso momento; si applica anche ai Generatori, per i quali è la potenza che sta producendo in un determinato istante.
Possiamo quindi riepilogare i concetti:
- La potenza nominale è quella che decide il costruttore quando progetta un qualunque macchinario e viene indicata nella targhetta; è pertanto un valore calcolato, in genere usando le normative del settore. In altri termini è un valore fisso e definitivo. Se volete una macchina con potenza maggiore… dovete acquistarne un’altra!
- La potenza istantanea è quella misurata durante il funzionamento e quindi cambia continuamente a seconda delle condizioni ambientali.
Alcuni esempi di potenza istantanea possiamo prenderli da “oggetti” di uso comune.
a) La potenza assorbita dalla lavatrice cambia continuamente a seconda di quello che sta facendo (sta scaldando l’acqua, sta centrifugando, ecc);
b) Nell’automobile la potenza erogata dal motore varia a seconda di quanto premete il pedale dell’acceleratore.
c) Nell’impianto fotovoltaico dipende dall’inclinazione dei raggi solari sulla superficie dei moduli (cioè dalla posizione del sole nell’arco della giornata), dalle condizioni meteorologiche, e dalla temperatura dei moduli.
Le potenze si “convertono”
Come detto in precedeza, le “macchine” sono dispositivi che si occupano di convertire una forma di energia in un’altra.
Questo ci permette di esprimere un concetto di fondamentale importanza economica: il rendimento.
Ad esempio se in un motore elettrico “entrano” 100kW elettrici, ma dal suo asse “escono” 90kW meccanici, significa che il rendimento del motore è del 90%, e che il 10% dell’energia è andato perso (in calore).
Il rendimento viene detto anche efficienza, e tutte le macchine lo hanno. Il rendimento viene generalmente espresso con un numero tra 0 e 1, oppure con una percentuale. Il rendimento della macchina ideale è pari al 100% ma nella realtà questo valore non è mai raggiungibile.
In alte parole il rendimento esprime separazione tra la scienza e la tecnica.
Nella prima le macchine sono costruite con concetti teorici o matematici, nella seconda sono costituite con i concetti reali che comprendono le perdite e le inefficienze.
Prendiamo ad esempio i moduli fotovoltaici: anche in consizioni ideali di irraggiamento solare, pari a circa 1000W al metro quadrato, riescono a convertire in elettricità solamente il 20%, perchè questo è il loro rendimento.
Rendimenti tipici sono.
- Motore a benzina 15-25%
- Motore Diesel 20-30%
- Gruppi Elettrogeni a Motore Diesel 30-40%
- Cogeneratori 80-90%
- Moduli Fotovoltaici 18-22%
- Centrale Turbogas a ciclo combinato (CCGT) 60-65%
- Centrale Termoelettrica a carbone 35-38%
Qui termina la parte relativa alla potenza; nella seconda parte vedremo la definizione di Energia.
Link alla 2° Puntata
https://www.marcodalpra.it/2021/03/kw-e-kwh-qual-e-la-differenza-2-parte/
