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Elettronica di potenza per le fonti rinnovabili e l’idrogeno

di Maurizio Melis

Fin dai primi anni del boom dell’energia elettrica, a inizio ‘900, l’elettricità viene prodotta da grandi macchine rotanti chiamate alternatori, a loro volta messi in moto da turbine di vario tipo: ad acqua, a gas, a vapore.

Grazie alla loro inerzia fisica e alle 50 rotazioni al secondo (o sottomultipli a seconda del design), questo tipo di generatori garantiscono una produzione stabile di corrente alternata a 50Hz*, già pronta per essere portata alla tensione desiderata e immessa nella rete elettrica.

L’avvento delle fonti rinnovabili cambia radicalmente questo scenario. Nel fotovoltaico, in particolare, non c’è alcuna macchina rotante: c’è invece una produzione di energia elettrica in corrente continua che deve essere trasformata in alternata prima di poter essere utilizzata.

Nei sistemi eolici, i generatori presenti nella testa della turbina sono più simili ai tradizionali alternatori, ma la loro velocità di rotazione è variabile poiché il vento è intrinsecamente incostante. Per fare in modo che, nonostante ciò, l’energia elettrica venga generata sempre alla frequenza richiesta dalla rete, servono accorgimenti particolari.

Sia nel caso del fotovoltaico sia nel caso dell’eolico (fonti cui in futuro chiederemo di soddisfare non meno del 60%-70% del nostro fabbisogno energetico) è quindi necessario manipolare il flusso di energia elettrica che esse producono per adattarlo alle esigenze del consumo e della rete elettrica. Ciò chiama in causa l’elettronica di potenza, quel ramo dell’elettronica il cui scopo è proprio il controllo e la trasformazione dei flussi di energia elettrica.

L’elettronica di potenza gioca un ruolo fondamentale anche nella produzione e nel consumo di idrogeno; infatti si fa ampio uso di elettronica di potenza sia negli elettrolizzatori, con cui si produce idrogeno dall’acqua, sia nelle celle a combustibile, che permettono di convertire l’idrogeno in elettricità.

L’idrogeno è considerato un vettore energetico chiave per lo stoccaggio energetico e per i settori più difficili da de-carbonizzare come l’acciaio o i trasporti pesanti. Secondo i programmi dell’UE, nel 2050 l’idrogeno arriverà a intermediare circa il 14% dei consumi di energia del continente.

*NOTA BENE: la frequenza 50Hz della corrente alternata è tipicamente europea, il continente americano e una parte del far-east utilizzano per le reti di distribuzione corrente alternata a 60Hz.

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