Il Magazzino del Sole, un modo nuovo per sfruttare l'energia solare

A partire dagli anni ‘80 un gruppo di insegnanti dell’Istituto Tecnico Benedetto Castelli di Brescia, composto dai prof. Stagnoli, Coombs, D’Argenio e guidato dal professor Francesco Padula ha ideato il progetto «Magazzino del Sole». Questo mira a utilizzare il calore solare in modo innovativo, permettendo di ridurre significativamente i costi energetici e l'impatto ambientale legati al riscaldamento.

Il concetto di «magazzino»

Il sole è un’immensa e interminabile fonte di energia che si può trasformare in elettricità o in fonte di calore. Il «magazzino» ha come obiettivo proprio quello di accumulare il calore che il sole fornisce in estate e rilasciarlo in inverno, quando è necessario per gli impianti di riscaldamento. Per far questo è necessario accumulare grandi quantità di acqua in una cisterna adeguata, isolandola il meglio possibile per ridurre le dispersioni termiche al minimo.

Storia del progetto

L’idea iniziale fu quella di costruire un grande serbatoio (12 metri di altezza per 25 metri di diametro) per l’accumulo dell’acqua a temperatura, sotto il campo di atletica della scuola, in grado di coprire il fabbisogno di un’ala dell’istituto. A questo progetto si interessò Asm (oggi A2A), tuttavia l’iniziativa fu accantonata per problematiche e costi connessi alla sua realizzazione. Asm continuò a sostenere l’idea, finanziando un progetto più semplice, basato su un serbatoio prototipo ridimensionato (2 metri e mezzo di altezza per 1 metro di diametro), attualmente posizionato all’interno della scuola in un laboratorio dedicato. Questo compromesso ha reso possibile testare l’innovativa tecnologia alla base del progetto.

Questo stesso criterio si applica anche agli utilizzi: se è necessaria acqua a quaranta gradi, si preleva dalla presa con la temperatura più vicina, evitando di prelevare acqua a sessanta gradi, che viene preservata per i momenti più opportuni per utilizzarla, ovvero in momenti più freddi della giornata o della stagione. Questo sistema permette di alzare notevolmente il tempo di funzionamento dei pannelli solari (quindi il rendimento) e di immagazzinare calore per l'intera stagione invernale: dai 90°C necessari nelle giornate più fredde, ai 30°C sufficienti per le giornate più miti di inizio primavera.

Una delle valvole utilizzate, messe a disposizione da Comparato Srl

Esempi dall’Europa: progetti simili ma meno innovativi

Nella città tedesca di Hannover, in vista dell’Expo 2000, fu costruita una grande cisterna sotterranea per immagazzinare acqua calda, con una capacità di 2750 metri cubi e alimentata da 1350 metri quadri di pannelli solari termici. Quest’esempio mostra parecchie somiglianze con l’idea originale del Magazzino del Sole, il quale però si distingue per la sua innovativa tecnologia di stratificazione delle temperature interne al serbatoio, che permette una gestione migliore e più intelligente del calore.

Serbatoio prototipo attuale

La stratificazione

La peculiarità di questo progetto sta nel fatto di poter immagazzinare acqua calda su più livelli, separati grazie ad una proprietà fisica: la densità. L’acqua calda, infatti, è più leggera dell’acqua fredda e quindi galleggia nella parte superiore del serbatoio. Per ottenere questo effetto ed evitare che l’acqua si mescoli è necessario ridurre la turbolenza e introdurla quindi a velocità bassissime. Per farlo sono stati utilizzati degli anelli metallici forati, interni al serbatoio. Questi anelli alimentano sei livelli a sei temperature differenti: dai 28°C fino ai 90°C.

Costruzione del serbatoio sotterraneo alla base del progetto Hannover Kronsberg 2000

Questo metodo permette di sfruttare al massimo l’irradiazione solare: i pannelli solari termici di solito entrano in produzione solo quando l’acqua al loro interno raggiunge una determinata temperatura (abbastanza alta). Pertanto, ci vuole un’insolazione costante ed uniforme per mantenerli a regime e per questo motivo non vengono quindi sfruttati alle loro massime capacità per la maggior parte del tempo. Stratificare il calore consente di aumentare le temperature accettabili in ingresso al serbatoio, prolungando il tempo di operatività dei pannelli. Il serbatoio è dotato di sei punti di immissione e sei punti di prelievo e tramite un sistema automatizzato a sei valvole, l’acqua può essere prelevata e reimmessa a diverse temperature in base alle condizioni di insolazione.

Un pannello pilota verifica costantemente la temperatura massima a cui può essere scaldata l’acqua, che varia in relazione all’insolazione solare. Ad esempio se questo pannello rileva che in un determinato momento la temperatura massima a cui può essere riscaldata l’acqua è di circa quaranta gradi, il sistema preleva dal serbatoio l’acqua dello strato a trenta gradi e la riscalda, immettendola successivamente a quaranta. Questo meccanismo varia in modo automatico al variare dell’insolazione, e variano quindi le valvole e i relativi strati di acqua calda coinvolti.

Presente e futuro: sperimentazioni e prime applicazioni

Terminata la fase sperimentale iniziale, condotta dal gruppo originale di insegnanti coordinati dal professor Padula, il progetto ha subito un periodo di stasi dovuto al pensionamento degli insegnanti che se ne occupavano. Il Magazzino del Sole è stato poi ripreso nel 2021 grazie a un nuovo gruppo di insegnanti del Castelli che, credendo fortemente nell’idea innovativa alla base degli studi sull’accumulo di calore, ha ricominciato ad occuparsi del progetto. L’obiettivo era curarne, come da intenzioni originali, anche la sistematizzazione funzionale per un uso didattico che potesse offrire un’esperienza unica di apprendimento, multidisciplinare e ricca di valenza pratica per gli studenti della scuola.

Da quando è stato ripreso, il progetto è stato modernizzato: sono stati eseguiti lavori sia per realizzare la parte di automazione sia per l’implementazione della parte software, consentendo ora la sperimentazione del sistema da parte di più gruppi di studio contemporaneamente. Inoltre, il sistema offre innumerevoli sviluppi, come il supporto a un altro progetto dell’Istituto incentrato sulla sostenibilità. Infatti, l’acqua calda immagazzinata nel serbatoio sarà utilizzata per il progetto H.ε.L.I.O.S., basato sulla produzione di idrogeno verde per alimentare un sistema di coltura idroponica.

Per il futuro si auspica che venga riconosciuta la valenza fortemente innovativa del Magazzino del Sole. Solo di recente, infatti, si sono avviati alla fase di realizzazione di progetti simili. Ne è un esempio la recente costruzione dell’impianto di stoccaggio di energia termica più grande al mondo nella città di Vantaa, in Finlandia. Questo permette di far capire quanto fosse visionaria e innovativa l’idea dei docenti del progetto del Magazzino del Sole, che proponevano soluzioni simili quasi quarant’anni prima.