Navi da crociera fotovoltaiche, la configurazione più vantaggiosa

come può essere progettato e valutato un sistema fotovoltaico per navi da crociera? E come può un tale sistema essere integrato in modo fattibile ed efficiente in una rete CC di bordo?

Arriva dalla Germania e più precisamente del Centro Aerospaziale tedesco un nuovo studio dedicato alle navi da crociera fotovoltaiche, che potrebbe dare una mano al segmento a ridurre la propria impronta ambientale

Sull’International Journal of Electrical Power and Energy Systems, Patrick Schwager e colleghi hanno presentato un sistema solare adatto a questa tipologia di imbarcazioni, valutandone la configurazione migliore per l’integrazione nelle rete di bordo. Con l’obiettivo dare una mano all’ottimizzazione dell’efficienza del sistema energetico di bordo.

Navi da crociera fotovoltaiche, un opzione vantaggiosa?

 La scelta del mezzo non è casuale. Ormai da tempi il settore dei trasporti marittimi sta indagando l’impatto del fotovoltaico a bordo e i suoi effetti sul consumo di carburante navale. La maggior parte delle ricerche si è focalizzata su piccole imbarcazioni, traghetti o navi cargo. Quasi nulla invece è stato fatto invece nel settore delle crociere, sebbene il comparto sembri destinato ad una crescita costante. Secondo il Wall Street Journal le prenotazioni per i viaggi in mare sono oggi ai livelli più alti dai tempi della pandemia, superando per il 2025 i livelli storici del 10-15%. 

Integrare l’energia solare in questa tipologia di imbarcazioni presenta però nuove sfide, legate sia allo spazio sfruttabile si al sistema elettrico dell’imbarcazione stessa.

Il lavoro ha cercato di rispondere a tre domande: come può essere progettato e valutato un sistema fotovoltaico per navi da crociera? E come può un tale sistema essere integrato in modo fattibile ed efficiente in una rete CC di bordo? Infine, come dovrebbe essere progettato il sistema di accumulo a batterie associato per soddisfare i requisiti energetici durante le crociere regolari e in situazioni di emergenza?

Balconi fotovoltaici e rete di bordo

La ricerca è partita da un prodotto già diffuso ma forse poco conosciuto dal grande pubblico: i moduli fotovoltaici verticali integrati di cui Rinnovabili ha largamente trattato. Un esempio su tutti? Il sistema fv monoblocco Sipario, che può essere impiegato sui ponti delle navi sia come paravento che come ombreggiante, o addirittura come parapetto dei balconi delle cabine.

Sulla carta la soluzione ha un doppio vantaggio. Da un lato regala una nuova funzione ad un elemento strutturale, dall’altro contribuisce ad ottimizzare i consumi dell’imbarcazione sfruttando una fonte che non costa nulla. E che non emette nulla.

Ma affinché i benefici siano concreti si ridotto, il sistema fotovoltaico deve essere adatto alla nave e alle sue esigenze.

Il team ha progettato un sistema fv composto da due moduli solari per cabina. Uno frontale, integrato nella facciata in vetro, e uno inclinato, fissato a un angolo di 30°, tra i ponti. Entrambi i pannelli hanno un’area di 250 × 50 cm2 , 48 celle, un’efficienza presunta del 22% e una potenza di 250 Wp. 

Con questa disposizione, ad esempio, una nave da crociera di classe Helios con 1655 cabine con balcone, avrebbe una potenza massima di 827,5 kWp.

Lo studio ha ipotizzato come rete di bordo un sistema di distribuzione in corrente continua a bassa tensione basato su due livelli di tensione, 700 V e 350 V. La rete a 700 V fornisce energia a tutte le apparecchiature necessarie per il normale funzionamento della nave e alle zone antincendio della nave, mentre quella da 350 V ai ponti ed è collegata a sua volta alla rete a 48 V che alimenta le cabine.

A partire da questa configurazione il gruppo ha suggerito tre ipotesi progettuali per la connessione dei moduli fv:

1. direttamente alla rete della cabina a 48 V; 
2. collegati alla rete di distribuzione a 350 V; 
3. connessi alla rete primaria a 700 V. 

I risultati

Gli scienziati hanno evidenziato come la terza configurazione fosse quella associata ad una perdita di conversione maggiore (più 2-3%) mentre la prima fosse quella più sicura ma anche con i costi di manutenzione più elevati. La soluzione migliore è apparsa quella di mezzo.

Ipotizzando due navi da crociera fotovoltaiche di classe Helios, in viaggio nei mari dei Caraibi e in Norvegia, i pannelli solari su balconi dovrebbero fornire una media giornaliera, rispettivamente, di 3,2 MWh e 3,8 MWh (in condizioni meteo ottimali).

Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato profili sintetici di carico e irradianza per simulare il funzionamento della nave all’interno di un ponte di zona antincendio per determinare la dimensione dell’accumulo di batterie richiesto per quell’area. Per garantire un funzionamento sicuro, è richiesta una capacità della batteria di 161,4 Ah per la crociera nei Caraibi e di 127,5 Ah per la crociera norvegese. Leggi qui lo studio.