La ricerca di energie alternative per la riduzione dell’impatto ambientale è un punto cardine della mission del Gruppo Varvel, azienda di Valsamoggia (BO), dal 1955 specializzata nella progettazione, realizzazione e commercializzazione di sistemi di trasmissione di potenza.
Simili attenzioni si traducono anche nello sviluppo di applicazioni dall’alto contenuto tecnologico nel campo delle energie rinnovabili.
Nel settore eolico, in collaborazione con i principali costruttori di riduttori epicicloidali di potenza, il Gruppo Varvel può vantare una consolidata esperienza nella realizzazione di riduttori a vite senza fine speciali che, utilizzati come primo stadio dei riduttori epicicloidali, permettono la rotazione azimutale del sistema YAW di torri multimegawatt.
Il processo di progettazione viene svolto interamente all’interno dell’azienda dall'area Ricerca e Sviluppo mediante l’utilizzo dei più moderni software di calcolo e modellazione ingranaggi. A tale processo segue la fase di sviluppo prototipale dei riduttori, mediante una serie di test, eseguiti ed omologati sulla base delle esigenze espresse dalla committenza all’interno dell’Area Testing Varvel, dotata delle attrezzature necessarie per operare in totale sicurezza ed in maniera continuativa, così da comprimere i tempi di esecuzione dei prototipi e ridurre il time to market dei nuovi prodotti. Si passa quindi alla produzione della prima serie di riduttori industrializzati, inviati al cliente finale che li utilizza per realizzare dei campi eolici pilota, ubicati in regioni strategiche per vicinanza e condizioni ambientali. Segue poi, per un periodo di tempo sufficiente a validare la soluzione proposta, una fase di monitoraggio.
Per lo sviluppo di tali prodotti è fondamentale il rapporto di partnership tra produttore e cliente al fine di ottimizzare la soluzione alle performance richieste e di garantire grande affidabilità per l’intera vita del parco eolico, che è in generale pari a circa 20 anni.
Il dimensionamento del riduttore deve essere definito in fase progettuale secondo cicli di carico forniti dal cliente e con livelli di affidabilità molto elevati, per cui la realizzazione di tutti i componenti interni del riduttore deve essere fatta con precisione molto elevata e tale da garantire la massima durata nel tempo.
Il riduttore a vite senza fine collegato al riduttore epicicloidale costituisce il sistema di rotazione della navetta della turbina, e deve permettere il suo funzionamento anche in caso di forti turbolenze o raffiche di vento. I parchi eolici sorgono infatti in zone soggette a forti condizioni di ventilazione a cui si associa talvolta anche una forte variabilità della direzione del vento. Una simile ubicazione richiede, al fine di ottimizzare l’energia prodotta dalla turbina, di orientare abbastanza frequentemente la navetta, attraverso manovre durante le quali si possono verificare delle situazioni critiche, come urti e forti sovraccarichi strutturali.
Al fine di garantire l’ottimale efficienza di funzionamento in tali condizioni gravose, i riduttori vengono sottoposti ad una serie di test selettivi in fase di sviluppo dei prototipi.
Ad esempio, per simulare le situazioni applicative critiche, in cui si registrano forti sollecitazioni dovute alla forza del vento, i prototipi dei riduttori subiscono dei test statici in cui la massima coppia di calcolo viene applicata 100 volte, per poi verificare lo stato di danneggiamento dei componenti interni.
Altri test importanti sono quelli relativi alla determinazione pratica del rendimento (statico e dinamico) del riduttore, che deve essere particolarmente elevato sia in moto diretto che in moto inverso; questi parametri, infatti, hanno grande importanza nell’efficienza della rotazione azimutale del sistema YAW.
I primi valori delle due tipologie di rendimento si ottengono dalla progettazione della coppia vite senza fine – corona dentata, ma poiché su di essi influiscono anche altri componenti interni al riduttore (cuscinetti, anelli di tenuta, lubrificazione, ecc.), oltre ovviamente alla precisione ed alla finitura superficiale delle lavorazioni, la determinazione dei valori reali di tali parametri non può che essere fatta mediante serie ripetute di test. È inoltre di fondamentale importanza che questi parametri si mantengano stabili in un ampio campo di variazione delle condizioni climatiche e durante l’arco di vita della torre eolica.
Un’interessante applicazione è stata sviluppata anche nel campo fotovoltaico. Gli impianti fotovoltaici tradizionali sono realizzati mediante pannelli collocati in posizione fissa rispetto all’irraggiamento solare, come nel caso delle classiche installazioni sui tetti dei capannoni o in terreni ben soleggiati.
Al fine di aumentare il rendimento di tali impianti si è lavorato sull’inseguimento solare, tecnologia in grado di migliorare notevolmente la produzione di energia elettrica dei pannelli fotovoltaici.
Varvel è presente in tale ambito con riduttori a vite senza fine che permettono l’inseguimento solare sia ad asse singolo, ossia quando la rotazione avviene solo sull’asse orizzontale, sia a doppio asse, ovvero con una rotazione che avviene contemporaneamente sia in asse orizzontale che verticale, posizionando i pannelli fotovoltaici in modo sempre frontale rispetto all’irraggiamento solare.
Per comprendere il vantaggio di tale applicazione, basta considerare che il rendimento di un pannello fotovoltaico fisso varia, nell’arco della giornata, da un valore zero all’alba, fino ad un picco massimo, generalmente verso mezzogiorno, per poi ridiscendere a zero al tramonto. Mediante l’applicazione di riduttori a vite senza fine si possono ottenere, invece, inseguitori solari a due assi, in “gergo green” denominati “girasoli”, che permettono al pannello fotovoltaico di raggiungere già due ore dopo l’alba la potenza massima erogata e mantenerla per tutte le ore di irraggiamento solare fino a circa due ore prima del tramonto.
In media, gli inseguitori solari ad un asse di rotazione garantiscono un rendimento superiore fino al 30% rispetto agli impianti fissi di pari potenza, mentre con gli inseguitori a due assi l’incremento della potenza erogata è pari al 45% di aumento rispetto all’impianto tradizionale.
Ad accrescere il valore del prodotto contribuisce il fatto che i riduttori Varvel per le applicazioni fotovoltaiche, in funzione della realizzazione impiantistica, possono essere realizzati anche con grado di protezione IP66 e certificati da laboratori specializzati, al fine di resistere agli agenti atmosferici il più a lungo possibile nel tempo.
Giampaolo Giacomozzi - Direttore Ricerca & Sviluppo Gruppo Varvel
