Pubblicato il 5 aprile 2014
PVTRAIN (che sta per PhotoVoltaic TRAIN) è stato un progetto del 2003 elaborato dall’Unità Tecnologie Materiale Rotabile di Trenitalia e cofinanziato dalla Comunità Europea, nell’ambito del programma LIFE ambiente, Si è trattato della prima sperimentazione di pannelli solari su rotabili ferroviari: fino ad allora le uniche applicazione di fonti energetica alternative avevano riguardato la segnaletica e le strutture fisse. La sperimentazione relativa al progetto è durata fino al 2005.
Dettaglio di una MDVE PV-Train
Lo scopo del progetto PVTrain era quello di verificare se l’energia solare potesse essere efficace per l’alimentazione degli accumulatori a bordo dei treni. In particolare, gli obiettivi erano:
- Diminuire la produzione di gas serra: i moduli fotovoltaici mantengono in carica gli accumulatori e gli apparati ausiliari dei treni durante la sosta, senza dover ricorrere alle fonti termiche primarie , con una riduzione di 750 gr di anidride carbonica emessa in atmosfera per ogni kilowatt/h di energia prodotta dagli impianti tradizionali.
- Prolungare della durata di vita degli accumulatori,portando il turn over degli stessi da 48 mesi medi a 56 mesi stimati. Il sistema tampone di energia elettrica è infatti alimentato dalla linea di contatto in corrente continua che viene captata attraverso il pantografo della locomotiva e distribuita a tutto il treno. Qualsiasi sospensione dell’alimentazione provoca l’azionamento degli accumulatori che vengono così sottoposti a continui cicli di carica/scarica. Con le celle fotovoltaiche, invece, sono tenuti costantemente in carica, con conseguente allungamento del loro ciclo di vita che determina, a sua volta, per il minor consumo di accumulatori, una diminuzione di rifiuti pericolosi.
E’ chiaro che il primo obiettivo è marginale, se considerato nel contesto dell’enorme fabbisogno energetico delle ferrovie determinato primariamente dalla trazione, mentre il secondo sembra più realistico. Tra le possibili applicazioni menzionate dal progetto, oltre alla la ricarica degli accumulatori, vi era l’utilizzo per il riscaldamento e il condizionamento, per l’innalzamento del pantografo, per l’alimentazione delle apparecchiature GPS (Global Positioning System).
Dettaglio delle E.636 fotovoltaica, Foto © http://www.e636.it
Per la sperimentazione furono scelti i pannelli fotovoltaici US 116 a “tegola fotovoltaica” di tipologia al silicio amorfo in grado di
- assicurare ottime performance anche in condizioni di scarso irraggiamento solare
- essere adatti alle superfici curve come quelle dei tetti dei treni.
Nel corso del progetto i moduli furono installati su 5 carrozze, un locomotore, un’automotrice e 3 carri merci.
L’energia prodotta dai pannelli fotovoltaici può avere differenti utilizzazioni a seconda del tipo tipo di veicolo su cui sono stati installati. Quelle dichiarate erano
- sulle carrozze: per la ricarica degli accumulatori in sostituzione dell’alimentazione di rete (3 kV), sia durante la sosta che in viaggio.
- sulle locomotive: per la ricarica degli accumulatori in sostituzione dell’alimentazione di rete (3 kV).
- sui carri: per ricarica degli accumulatori (ove esistenti), per garantire l’alimentazione delle elettroserrature installate per la protezione delle merci trasportate, di sensoristica per merci pericolose, del
dispositivo antipattinamento e del GPS
Lo spazio disponibile sull’imperiale delle carrozze, tendo conto della curvatura dello stesso, è di circa 20 metri di lunghezza e 2 di larghezza. In questo spazio fu possibile installare due file da 8 vassoi, ciascuno dei quali conteneva una matrice di 12×5 tegole fotovoltaiche, per una produzione di 1360 KW di picco a 80 V. Le carrozze coinvolte sono state:
- 2 carrozze misure tipo Bagagliaio UTMR
- 2 carrozza Media Distanza (di cui una “Treno Esposizione Viaggiante (Treno Verde)“)
- 1 carrozza Piano Ribassato
Bagagliaio PVTrain
Imperiale del Bagagliaio PVtrain
Altro dettaglio dell’imperiale di uno dei due bagagliai fotovoltaici
MDVE fotovoltaico –
Foto © Manuel Paa da trenomania.
Vettura Mostre con impianto fotovoltaico sull’imperiale – Foto © Ernesto Imperato da trenomania.org
Carrozza Piano Ribassato con pannelli sul tetto: “Photovoltaic train”, Foto © E. Imperato da trenomania
Sui tre carri merci, tutti di tipo Habiliss, sono stati installati 3 moduli US116 per carro, per 348 W di picco.
Una Habiliss fotovoltaico
L’applicazione dei moduli US 116 sul Locomotore E 636.385 ha previsto 6 pannelli in grado di fornire una potenza complessiva di 616 W di picco. (una serie di foto della E636 fotovoltaica si trovano su www.e636.it)
E.636.385 PVTrain su un ponte trasbordatore
Imperiale della E.636.385 PVtrain
La scelta della automotrice (Aln 668 – Automotrice leggera), nasceva dalla volontà di sperimentare una differente tipologia di locomotiva (diesel), valutando, quindi, gli effetti di inquinamento dello scarico dei motori diesel sui pannelli. Sul’imperiale fu possibile collocare 9 moduli per 1044 W di picco.
ALn.668.3231 PVTrain – Foto © Frank Andiver da flickr
Imperiale della ALn 668.3231 PVtrain
Per verificare la validità del sistema sperimentale, furono effettuate prove sui componenti e sul sistema completo:
- Modulo a Tegola fotovoltaica: resistenza a sollecitazione aerodinamica (prova in galleria nel vento);
- Convertitori: prove funzionali e prove di isolamento.
- Veicolo fermo: prove elettriche per valutare le performance del sistema in termini di efficienza dei singoli apparati, con particolare riferimento alla capacità del sistema (convertitore) di ricercare il punto di erogazione della massima potenza;
- Veicolo in movimento: prove di colpo di pressione (incrocio con altri treni, ingresso ed uscita dalle gallerie) e prove elettriche.
Nei due anni di progetto, dal giugno 2003 al maggio 2005, i pannelli solari generarono complessivamente 1.017,41 kWh. L’ultima attività prevista dal progetto era lo studio di fattibilità per la realizzazione di un tetto fotovoltaico di carrozza di nuova costruzione, con la stesura di un modello matematico e la simulazione degli effetti aerodinamici sul tetto dell’Eurostar.
I risultati sono stati buoni per le carrozze, con uno uno scostamento del 5 % rispetto al valore teorico. Le cause sono molteplici:
- l’energia fornita dai pannelli ed assorbita dagli accumulatori dipende anche dall’effettivo stato di carica degli accumulatori stessi
- il convertitore presenta un suo rendimento elettrico che riduce ulteriormente l’energia fornita agli accumulatori
- I prototipi sono in movimento (gallerie e frequenti zone d’ombra) con conseguente minore rendimento energetico del sistema
Per i carri, l’automotrice e il locomotori invece gli scostamenti rispetto alle attese sono stati assai rilevanti.
I risultati di progetto portarono alla conclusione che, in assenza di norme incentivanti come quelle applicate per le abitazioni, i tempi non erano maturi per una applicazione della tecnologia fotovoltaica ai rotabili. Magari in futuro però, con il progressivo abbattimento dei costi dei pannelli, potremo davvero avere carrozze con imperiali fotovoltaici.
Documentazione sul progetto si trova su un sito della EU, su uno della UIC e sulle slides di un intervento a un convegno.
PVTRAIN Nel Modellismo
Non mi risulta nessuna realizzazione modellistica industriale del PVTrain. C’è però un modello H0 realizzato hobbisticamente che ho trovato su flickr. Chissà se a qualcuno verrà voglia di farne uno analogo in scala N?
Modello in H0 della Carrozza Mostre Fotovoltaica del Treno Verde – Foto © portnovi Benante da flickr
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