Entro il 2025 il Senegal vuole ridurre le proprie emissioni di CO2 del 37% rispetto al 2018. In particolare, l’energia solare gioca un ruolo cruciale.
Questo Paese dell’Africa occidentale ha tutti i presupposti per produrre energia tramite i parchi solari: l’irraggiamento solare, infatti, presenta solo lievi oscillazioni. Durante il giorno il sole è alto e l’alba e il crepuscolo sono brevi. Grazie all’incidenza verticale dei raggi solari, inoltre, le celle solari raggiungono un elevato grado di efficacia già in orizzontale. Tuttavia, al successo dell’energia solare nel mix energetico senegalese si contrappone la polvere proveniente dal Sahara. L’aliseo da nord-est, infatti, trasporta nel Paese particelle di polvere minerale. Annualmente cadono circa 200 grammi di polvere per metro quadrato di superficie. Ne consegue una riduzione del rendimento dei parchi solari superiore al 20 percento.
I sistemi di pulizia utilizzati finora si sono rivelati estremamente faticosi o non sostenibili. Per questo un team di studenti dell’Università di Scienze Applicate di Amburgo (HAW Hamburg) ha sviluppato un innovativo sistema per la pulizia dei pannelli nell’ambito di un progetto di laurea triennale. Si chiama “SeneSet”, un nome composto dalle lettere iniziali dello stato africano e dalla parola inglese “set”. In Wolof, il dialetto più diffuso in Senegal, significa “pulito”. Il team è assistito dalla Prof. Dr.-Ing. Anna K. Usbeck, che opera in qualità di professoressa di Progettazione e CAD presso l’Istituto di progettazione e sviluppo prodotti (IKP) dell’HAW Hamburg. Per realizzare i prototipi, gli studenti hanno utilizzato il sistema dei componenti, che ha permesso soprattutto di trarre beneficio dalla totale modularità e dal peso ridotto della tecnica dei profilati.
Un principio, infinite possibilità
Flessibile, robusto e di alta qualità. Da quasi 50 anni il sistema dei componenti item è la soluzione ottimale per tutti i compiti di progettazione nell’ingegneria meccanica e delle apparecchiature.
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Verso una soluzione di pulizia che fa risparmiare tempo e risorse
Da alcuni anni, Anna Usbeck si occupa attivamente della produzione di energia sostenibile nel Paese, soprattutto tramite impianti fotovoltaici. Nel corso della sua attività si è presto resa conto di una cosa: “Per la pulizia dei pannelli solari è necessaria una nuova tecnologia ad hoc, adatta alle condizioni locali, economicamente accessibile e sottoponibile a manutenzione”. Attualmente in Senegal si utilizzano dispositivi di pulizia manuali con aste lunghissime oppure trattori diesel con acqua e spazzole. Tuttavia, l’uso di questi sistemi si è rivelato faticoso o non sostenibile. La nuova soluzione di pulizia degli studenti di Amburgo, invece, consente di pulire in maniera efficiente e risparmiare risorse. Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD, Servizio di scambio accademico tedesco) finanzia questo progetto innovativo con circa 50.000 Euro.
Il telaio di SeneSet è realizzato con una struttura di profilati item lunga sei metri e larga circa un metro e mezzo.
SeneSet è strutturato come segue: il telaio è realizzato con una struttura di profilati lunga sei metri e larga circa un metro e mezzo. Otto piccoli carrelli dotati di ruote supportano il dispositivo. Le ruote consentono di trasportare il dispositivo da un pannello solare all’altro. L’impiego di una soluzione robotizzata è stato escluso per diversi motivi: dal momento che i robot di pulizia non guidati devono orientarsi autonomamente nello spazio, necessitano di sensori aggiuntivi. Tuttavia, la polvere e la corrosione causano frequenti rotture dei sensori. Anche la regolazione sarebbe stata più complessa in questo caso. Inoltre, il robot autonomo si sarebbe dovuto spostare sui pannelli, cosa che, a seconda della pendenza, può rivelarsi molto dispendiosa e spesso anche molto lenta. Non da ultimo, SeneSet deve essere prodotto in Senegal: “Per questo desideriamo integrare il minor numero possibile di componenti che non potessero essere acquistati in loco e implementati dagli ingegneri sul posto”, afferma Anna Usbeck.
Le cifre parlano chiaro: 20 ore di lavoro anziché 174
Grazie a un azionamento a manovella, una parte del sistema con rullo rotante si sposta perpendicolarmente rispetto alla direzione di marcia, quindi nel senso longitudinale del telaio. Durante tale movimento una spazzola elimina la polvere. Per il passaggio da una fila di pannelli solari all’altra, il sistema viene sollevato e riposizionato. Può essere azionato a mano oppure con un avvitatore a batteria ad alte prestazioni. Il team sta ancora lavorando a misure di ottimizzazione affinché l’avvitatore funzioni il più a lungo possibile. Anche il tipo di spazzola non è ancora definitivo. Prossimamente sul banco di prova verranno testate varianti di pulizia a secco e a umido con diverse spazzole o strisce di gomma e tessuto. In questo progetto, il modulo di pulizia può essere sostituito in modo che in futuro possano essere utilizzate diverse varianti. Tuttavia, i calcoli parlano chiaro già oggi: la pulizia manuale convenzionale dei 6.960 pannelli solari del parco di Diamniadio richiede 174 ore di lavoro. Con SeneSet ne basterebbero solo 20.
La tecnica dei profilati di Solingen in viaggio verso il Senegal per la prova pratica
“All’HAW Hamburg lavoriamo spesso con i profilati item perché sono leggeri e hanno le lunghezze di cui abbiamo bisogno. Sono perfetti nella fase di sviluppo preliminare o durante la costruzione dei prototipi. Qui, infatti, cambia sempre qualcosa e, grazie alla tecnica di collegamento, possiamo modificare tutto senza difficoltà”, sottolinea la professoressa Usbeck. Tra i vantaggi della tecnica dei profilati cita anche la leggerezza e la rigidità. Inizialmente erano stati utilizzati profilati con dimensioni di 30 x 30 mm. Tuttavia, a causa della lunghezza notevole, pari a sei metri, il telaio si era piegato leggermente. Per questo è stata apportata una modifica. Per evitare questo effetto è prevista anche un’ulteriore variante da 60 x 30 mm. Questa dovrebbe essere dotata di ruote item anziché delle ruote da skateboard utilizzate in passato. Nel febbraio 2023, SeneSet e due studenti del progetto di laurea triennale sono volati in Senegal. Dopo essere stato smontato, il sistema per la pulizia dei pannelli solari è stato imbarcato all’interno di un container. Il primo test pratico si è svolto nel parco solare da due megawatt di Diamniadio, circa 30 chilometri in linea d’aria a est di Dakar, in stretta collaborazione con l’Ecole Supérieure Polytechnique de Dakar (ESP di Dakar). “Dobbiamo ancora ottimizzare qualche aspetto, ma SeneSet comunque funziona”, afferma la professoressa Usbeck in merito al risultato.
Gli studenti universitari del Senegal sono entusiasti dei componenti item e hanno montato i profilati nella loro struttura direttamente. Si può davvero affermare che il linguaggio tecnico sia una lingua universale.
A questo viaggio ha fatto seguito una visita di due mesi di docenti e studenti di master dell’ESP: anche i giovani ospiti hanno iniziato con lo sviluppo di un prototipo. Per farlo hanno fatto conoscenza con i profilati item, come racconta la professoressa Usbeck: “Gli studenti universitari del Senegal sono entusiasti dei componenti item e hanno montato i profilati nella loro struttura direttamente. Si può davvero affermare che il linguaggio tecnico sia una lingua universale”. Hanno optato per profilati con dimensioni di 40 x 40 mm. Questi hanno il vantaggio di essere più rigidi dei profilati con dimensioni di 30 x 30 mm. Inoltre, dispongono di scanalature più larghe che permettono di inserire anche il profilato cremagliera. Il dispositivo di pulizia degli studenti universitari senegalesi, infatti, non deve essere azionato da una cinghia dentata, bensì da un motore tramite un ingranaggio sulla slitta di pulizia. Durante la progettazione del telaio hanno utilizzato direttamente il software gratuito item Engineeringtool. Complessivamente sono state realizzate tre diverse varianti del sistema di pulizia su base item, in competizione l’una con l’altra. Un concorso sceglierà la squadra vincitrice. Idealmente, il risultato finale sarà una soluzione pronta per il mercato che, sostenuta da una start-up, supporterà attivamente la transizione energetica in Senegal.
Sostegno reciproco e gestione congiunta della transizione energetica
SeneSet non è l’unico progetto di cooperazione tra l’HAW Hamburg e l’ESP di Dakar: anche il progetto CO2FREE (COoperation To Focus on Renewable Energy Education) è finanziato dal DAAD. Attualmente l’attenzione si concentra sullo sviluppo del curriculum per un corso di studi di tre anni in ambito di energie rinnovabili presso l’ESP di Dakar. “Desideriamo essere vicini ai requisiti dell’industria. È necessario rispondere a interrogativi quali: che cosa si deve insegnare affinché i laureati possano candidarsi con successo presso le aziende che operano nel settore dell’energia solare o dei sistemi a idrogeno? Ci troviamo in una fase di cambiamento”, afferma Imke Rieken, responsabile del progetto CO2FREE presso HAW Hamburg. Le sfide che i due Paesi devono fronteggiare sono fondamentalmente diverse. Mentre in Senegal l’età media della popolazione è pari a circa 18 anni, la Germania si trova in una situazione di carenza di manodopera specializzata. D’altro canto, il panorama universitario senegalese ha bisogno di essere ulteriormente strutturato. Ecco perché vi è un enorme potenziale di supporto reciproco: “Possiamo attuare la transizione energetica solo insieme. Abbiamo bisogno di una nuova generazione a livello globale per sostenere un futuro comune”, sottolinea Anna Usbeck.
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