Sono numerose le soluzioni tecnologiche di questo secolo caratterizzate da un alto livello di innovazione, capaci di creare delle vere e proprie fratture con molti paradigmi tecnologici del passato e indirizzare la ricerca verso nuovi metodi scientifici, industriali e di mercato, in grado di tramutare la società in un ambiente maggiormente funzionale ed ecosostenibile. Tra queste tecnologie rientrano anche i droni e gli impianti a energia rinnovabile. Vi è uno stretto legame tra queste due tecnologie: l’introduzione dei droni per le operazioni adibite al controllo degli impianti a energia rinnovabile ha migliorato nettamente i processi rendendoli più precisi, veloci e sicuri. Ma non solo: i droni possono produrre energia elettrica sfruttando direttamente la luce solare e la forza del vento per autoalimentarsi o per distribuire corrente a terra.
La tecnologia UAV (Unmanned Aerial Vehicle), essendo estremamente versatile, è applicabile ai più svariati ambiti, di cui migliora e facilita processi e operazioni. La loro efficienza potrebbe rivoluzionare molti settori, tra cui quello delle energie rinnovabili, già di per sé fortemente innovativo. La produzione di energia derivata dalle fonti rinnovabili rappresenta una valida soluzione tesa a rendere la società maggiormente sostenibile; i droni potrebbero contribuire a perfezionarne i sistemi. Si sta consolidando un legame tra il settore dell'energia rinnovabile e la tecnologia UAV. Impianti e infrastrutture adibiti alla raccolta di energia solare o eolica richiedono una manutenzione costante per assicurarne funzionamento e sicurezza. La manutenzione manuale finora eseguita risulta problematica: l'ampiezza degli impianti, il difficile accesso o l'inaccessibilità di alcune zone, l'esposizione agli elementi naturali, la difficoltà nella raccolta dei dati necessari rendono le ispezioni complicate e rischiose per gli operatori. Inoltre, i metodi di controllo, come per esempio l'impiego di elicotteri, sono costosi e non sempre efficaci. Implicano una percentuale troppo alta di rischio e il margine di errore è elevato. L'introduzione degli UAV dotati di sensoristica avanzata per il monitoraggio degli impianti fotovoltaici ed eolici rende tali tecniche obsolete, eliminando il pericolo per gli operatori, aumentando il livello di precisione dei dati raccolti e abbreviando le tempistiche. I droni favoriscono la massimizzazione del potenziale insito alle infrastrutture di energia rinnovabile: facilitano l'accesso anche ai luoghi di difficile raggiungimento, rilevano dati accurati e relativi a un'ampia rosa di variabili (anche impercettibili ai sensi umani), sono veloci (possono completare una fase di ispezione in una frazione di tempo inferiore a quella necessaria a un'ispezione a terra) e precisi (rilevano anche anomalie minime).
Figura 1: Quadricottero in volo
IL RUOLO DEI DRONI NEL SETTORE DELL'ENERGIA RINNOVABILE
I droni sono ampiamente utilizzati nell'industria delle energie sostenibili dati i grandi vantaggi che ne conseguono. Il loro impiego ottimizza le fasi di progettazione, monitoraggio e manutenzione degli impianti:
- Pianificazione di nuove infrastrutture. Prima della costruzione di un impianto è necessario scegliere l'ubicazione più appropriata e calcolare le possibili interferenze. La progettazione di un impianto può essere facilitata dall'impiego di droni capaci di raggiungere anche le zone più inaccessibili e raccogliere informazioni concernenti aspetti topografici, velocità e direzione dei venti, esposizione ai raggi solari e altre peculiarità ambientali.
- Produzione di mappe 3D ed esecuzione di indagini altamente accurate mediante l'implementazione di telecamere RGB e multispettrali, LiDAR, sensori a infrarosso, termici e di altro tipo. Ciò consente di ottenere mappe in alta definizione, di misurare angolazioni e pendenze in maniera meticolosa, di controllare i progressi in atto e di individuare rapidamente le anomalie al nascere al fine di evitare malfunzionamenti più gravi.
- Le fasi di monitoraggio diventano più sicure e precise grazie ai velivoli senza pilota che possono approcciarsi agli oggetti da diverse angolazioni e direzioni, sfruttando lo spazio verticale e raccogliendo dati rapidamente, senza mettere a rischio la vita degli operatori.
- La pulizia degli impianti è un altro task eseguibile da droni adeguatamente equipaggiati; il mantenimento delle celle solari accresce il loro funzionamento e di conseguenza la produttività.
I vantaggi dell'uso dei droni negli impianti green
- Documentazione più accurata. I droni sono uno strumento d'ausilio nella raccolta e categorizzazione di dati di difficile accesso, fornendo al personale tecnico il materiale necessario per una manutenzione appropriata. Possono individuare aspetti atipici e anormalità minime (effetto hotspot, microfratture, ecc.) grazie a sensori avanzati.
- Maggiore efficacia. La tecnologia UAV garantisce ispezioni rapide di ampie zone. Facilita l'accesso alle aree di più difficile raggiungimento, elimina il rischio di incidenti aumentando la sicurezza e accresce la qualità delle informazioni rilevate (più precise e trasmissibili in tempo reale rendono le azioni di intervento più tempestive). Inoltre, i droni possono ispezionare gli impianti senza dover interrompere momentaneamente il funzionamento della centrale, come avviene invece nelle ispezioni tradizionali.
- Precisione nella raccolta delle informazioni. Uno dei benefici nell'impiego dei droni riguarda l’alta qualità dei dati rilevabili grazie alla sensoristica in dotazione.
- Maggiore sicurezza del personale addetto ai lavori.
- Risparmio in termini temporali. Data l'ampiezza degli impianti fotovoltaici e l'altezza delle turbine eoliche, la manutenzione effettuata dai droni risulta più veloce di quella effettuata dagli operatori a terra.
- Risparmio in termini economici. I droni sono meno costosi e più facilmente manovrabili di altri velivoli pilotati dall'uomo; inoltre, la rapidità di trasmissione dei dati abbrevia i tempi necessari allo svolgimento delle operazioni.
Sfide da superare
La ricerca continua costante nel tentativo di trovare la giusta sinergia tra i componenti necessari alla costituzione di un drone che sia leggero, veloce, resistente, stabile, capace di sopportare condizioni atmosferiche avverse e di trasportare pesi che non ne compromettano le performance di volo. Sono ancora molte le sfide da superare per ottimizzare le fasi di monitoraggio degli impianti a energia rinnovabile tramite l’impiego dei droni. Di seguito, un elenco dei principali limiti relativi alla tecnologia UAV e al suo sviluppo in questo ambito:
- I limiti tecnici. Tempo di volo, raggio d'azione, alimentazione energetica e capacità di trasporto del drone possono essere migliorati.
- La questione energetica. Dotare i droni di un sistema di ricarica indipendente o di un pad di ricarica wireless significherebbe eliminare il problema della ricarica a terra che limita il tempo di volo.
- L'integrazione dell'Intelligenza Artificiale. Le variabili considerate nel monitoraggio dello stato degli impianti sono numerose e ciò implica grandi quantità di dati complessi da analizzare; smart software integrati a bordo possono risolvere la difficoltà e semplificare il processo di analisi, ma ciò si ricollega alla problematica del peso di un drone, che dipende anche dall'eventuale integrazione di un computer di bordo, e alla problematica del consumo energetico, che dipende anche dalla potenza di calcolo del computer e dalla necessità di archiviare grandi quantità di dati.
- Regolamenti e legislazione. Le regolamentazioni a riguardo sono in continua evoluzione e variano da Paese a Paese. Per dotarsi di droni è necessario il rilascio di specifici permessi e licenze. La situazione legislativa non è ancora definitiva, ma vigono numerose restrizioni sull'uso che se ne può fare (linee guida per la sicurezza e per la privacy, ecc.).
L'UTILIZZO DEI DRONI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA EOLICA
È possibile sviluppare un modello UAV in grado di immagazzinare energia rinnovabile e tramutarla in elettricità? Oltre all'utilità in campo di ispezione e monitoraggio degli impianti, la tecnologia UAV potrebbe rivelarsi un valido strumento per la conversione dell’energia green in elettricità da utilizzare a bordo o da distribuire a terra.
Figura 2: Una centrale eolica
Nel 2013 la start-up svizzera Skypull ha avviato l'indagine di droni capaci di generare elettricità a partire dall'energia eolica. L'idea parte dal fatto che la velocità del vento aumenta mano a mano che si sale in altitudine; una maggiore velocità del vento implica una maggiore quantità di energia. Da quest'idea parte lo sviluppo dei droni Saildrone alimentati con energia eolica e solare. Il primo prototipo realizzato è stato collegato a bobina, asta e cavo retrattile; operava a 200-800 m d'altezza, volava seguendo pattern circolari ed era dotato di un kite per massimizzare l'efficacia nella cattura del vento. A tale altitudine il vento genera tutta la spinta necessaria al velivolo per rimanere in volo. I movimenti del vento provocano i movimenti del drone che a loro volta provocano i movimenti della bobina generando così energia elettrica trasmissibile a terra attraverso il cavo. La start-up ha progettato negli anni altre versioni di Saildrone applicabili a molti settori. Uno degli obiettivi rimane quello di riuscire a creare un sistema a energia sostenibile capace di rifornire migliaia di abitazioni. Una tecnologia del genere racchiude un potenziale enorme e potrebbe rivoluzionare il modo di produrre e gestire l’energia elettrica: di facile implementazione (se paragonato a impianti fotovoltaici o centrali eoliche), utilizzabile per il rifornimento sia di giorno, sia di notte, con un impatto ambientale decisamente inferiore a quello delle centrali standard.
ATTENZIONE: quello che hai appena letto è solo un estratto, l'Articolo Tecnico completo è composto da ben 2346 parole ed è riservato agli ABBONATI. Con l'Abbonamento avrai anche accesso a tutti gli altri Articoli Tecnici che potrai leggere in formato PDF per un anno. ABBONATI ORA, è semplice e sicuro.
