Analisi di fattibilità mediante simulazioni di un sistema a pannelli solari termici aria-acqua per la produzione di acqua calda per i PVS

Energy access is one of the major challenges in the developing countries, where the devices that are traditionally employed to produce energy are difficult to use because of their high cost and because of the lack of specialized workers for the installation and maintenance of such devices. It is in this context that the idea of the ARETHA solar panel was born. ARETHA, AiR Exchange Thermal Assembly, is a solar panel that can provide hot water for different purposes. In ARETHA, a car radiator is placed in a wooden box closed with a sheet of transparent material (glass, polycarbonate). The solar radiation passes through the transparent cover and heats the internal air, that is drawn through a car radiator by a fan. Consequently the water flowing through the car heats up. ARETHA uses a very simple technology and can be built with very common materials, that can be easily recycled and found everywhere. For these reasons, AREHTA could represent a valid alternative to traditional devices in developing countries. The aim of this work is to verify the feasibility of an ARETHA-based system that could provide hot water to the S.Daniele Comboni Hospital in Wau, South Sudan. Firstly the system was conceived, and a MATLAB-based model was created in order to describe the system behavior. The model was validated comparing simulated temperature values and experimental data, measured on an ARETHA prototype build in Milan, Italy. The ARETHA-based system to be built in Wau was then optimized via simulations. Finally, the performance and the cost of the optimized system were compared with those of a traditional flat plate collector. The comparison showed that an ARETHA-based system must have a surface three times bigger than that of a traditional collector in order to have the same performance, but costs half the price.

L’accesso all’energia è una problematica fondamentale per i Paesi in via di sviluppo, dove molto spesso i metodi tradizionali per la produzione di energia risultano di difficile impiego a causa del costo eccessivo e della mancanza delle competenze specialistiche necessarie alla loro installazione e manutenzione. Da questa consapevolezza nasce e si sviluppa l’idea di ARETHA, AiR Exchange Thermal Assembly, un pannello solare ad aria che utilizza una tecnologia semplice ed è realizzato con materiali di recupero, facilmente reperibili ovunque. ARETHA è in grado di produrre acqua calda per gli usi più diversi e non richiede competenze specialistiche per essere realizzato. Per questi motivi, ARETHA può costituire una valida alternativa ai sistemi tradizionali nei Paesi in cui risulta difficile accedervi. In questo lavoro si è valutata la fattibilità di un sistema basato sulla tecnologia ARETHA che potesse soddisfare i fabbisogni energetici dell’ospedale S.Daniele Comboni di Wau, Sud Sudan. Dopo aver concepito il sistema, è stato creato un modello MATLAB che ne descrivesse il comportamento. Il modello è stato poi validato tramite confronto con dati sperimentali raccolti in un prototipo di ARETHA esistente a Milano. Dopo la validazione, si è proceduto all’ottimizzazione del sistema ARETHA da realizzare a Wau tramite simulazioni . Il sistema ottimizzato è stato infine confrontato con un collettore solare piano tradizionale, in termini di costo e rendimento. Dal confronto è emerso che per avere una performance identica a quella di un collettore solare tradizionale, un sistema basato su ARETHA necessita di una superficie tre volte maggiore, a fronte di un costo di realizzazione pari alla metà.