Flussi deboli e lineari possono essere efficacemente intercettati con una "paletta oscillante" abbinata ad un sistema di 20 magneti permanenti posizionati a coppie uno di fronte all'altro con polarità alternate.
paletta oscillante con magnete permanente
Quando il vento genera una oscillazione si produce corrente elettrica. Molte di queste palette andranno a formare lo Smart Bush, il cespuglio intelligente.
Variazione di potenziale indotta dall'oscillazione
Possibili applicazioni: sensoristica ambientale per monitoraggi della qualità dell'aria.
Pur essendo stata scoperta più di 2500 anni fa da Talète di Mileto, la triboelettricità rimane un fenomeno sorprendente non ancora completamente studiato. Solo molto recentemente l’effetto triboelettrico è stato considerato per sviluppare nuove fonti di energia sostenibile, integrabili in diversi sistemi elettronici.
I cosiddetti generatori triboelettrici (sistemi di captazione energetica) si basano sulla concomitanza di due fenomeni, triboelettricità ed elettrostaticità, i quali generano una distribuzione di carica all’interfaccia di due materiali diversi che entrano in contatto tra loro. Nella sua configurazione più semplice il generatore è fondamentalmente composto da due elettrodi metallici ricoperti da due materiali tipicamente isolanti aventi diversa "polarità triboelettrica". Questi quando vengono strofinati fra loro (o messi a contatto e allontanati in modo ripetuto) generano delle cariche elettriche superficiali (di segno opposto), che possono essere sfruttate per generare energia elettrica.
Principio base di funzionamento di un generatore triboelettrico.
In EOLO questo effetto è stato sfruttato per creare nanogeneratori triboelettrici che possono attivarsi grazie al vento. La loro forma è prende ispirazione dalle foglie in modo che il sistema risultante risulti poco invasivo dal punto di vista paesaggistico. Tali “foglie triboelettriche” permetteranno di raccogliere l'energia presente nella turbolenza diffusa. Una singola foglia è sostanzialmente composta da due elettrodi ricoperti di un opportuno materiale isolante, sui quali sono liberi di impattare due sottili fogli di plastica trasparente e conduttiva. In presenza di vento (anche debole) questi ultimi entrano in vibrazione sulla superficie degli elettrodi, generando energia triboelettrica.
Prototipo funzionante della Foglia Triboelettrica, Triboelectric Leaf.
Il cespuglio triboelettrico sarà composto da molte di queste foglie triboelettriche, connesse in parallelo tra loro tramite una opportuna elettronica di controllo, per generare l'energia necessaria al funzionamento dei dispositivi (tipicamente "low energy") a cui il cespuglio sarà connesso.
Cespuglio triboelettrico del progetto Eolo, Triboelectric Bush
Possibili applicazioni: segnaletica stradale, soprattutto laddove non esiste l’allacciamento alla rete elettrica, controlli di apparati in isola.
Per la raccolta di energia veicolata da flussi medio - intensi il progetto prevede il ricorso a generatori a elastomeri dielettrici (Dielectric ELastomer-based Fluttering Wind energy converter - Delf Wind). Gli elastomeri dielettrici sono polimericome il silicone o la gomma naturale in grado di convertire energia meccanica in energia elettrica solo grazie al loro movimento.
Generatori ad elastomeri dielettrici: come funzionano
membrana elastomerica
membrana installata
Saranno installati su su pennoni oscillanti deformabili che, grazie al movimento indotto dai flussi di aria, muoveranno dei pistoni. Questi a loro volta trasmetteranno il movimento agli elastomeri dielettrici che attiveranno un generatore di corrente. Si prevede che il sistema sarà in grado di produrre da 100 a 1000 W.
schema di funzionamento
Pubblicazioni
Ad oggi il lavoro di ricerca ha portato alla publicazione di un articolo scientifico: A New Class of Variable Capacitance Generators Based on the Dielectric Fluid Transducer, Duranti M., Righi M, Veretchy R., Fontana M.Smart Materials and Structures, 26 (11), 115014-17, 2017.
Possibili applicazioni: illuminazione - immissione di potenza in rete
Per i flussi più intensi il progetto intende sfruttare un dipositivo, denominato T-Wind, basato su generatori rotativi, simili alle classiche pale eoliche.
Tali generatori rotativi saranno basati su un innovativo riduttore a controllo meccanico detto "variatore toroidale a correlazione di coppia", brevettato, che elimina la necessità dell'inverter ed in grado di avere un alto rendimento con ogni vento.
In questo modo sarà possibile raccogliere l'energia dei venti a bassa quota, che le tecnologie eoliche standard non sono in grado di recuperare, permettendo quindi l'installazione in luoghi ad oggi non sfruttati (rotonde stradali, spartitraffico, etc...)
Possibili applicazioni: immissione di potenza in rete.
Il progetto ha affrontato il problema della misurazione del flusso ventoso generato dal passaggio di un veicolo. Non si tratta della semplice velocità dell'aria, ma di una misura della "quantità" di aria e della relativa energia recuperabile.
Per questa stima occorre conoscere:
Velocità del mezzo
Categoria del mezzo
Corsia di transito
Direzione e velocità del flusso aria
Condizioni meteorologiche (per determinare l'apporto del vento naturale)
Strumentazione utilizzata
Anemometro sonico 3D
Stazione meteorologica
Radar per il traffico veicolare
Frequenza : 32Hz
Intervallo: 0-65 m/s
Risoluzione: 0.01m/s
Componenti: U, V, W
Frequenza: 1 Hz
Velocità del vento: da 0.1 a 60 m/s (res: 0.01 m/s)
E' stata allestita a bordo strada una postazione di misura composta con la strumentazione selezionata, un box per l'acquisizione dei dati ed i componenti di rete necessari alla gestione dei dati acquisiti.
I dati raccolti permettono di valutare:
Passaggio veicolo, direzione, tipologia e velocità
Incremento attività ventosa dovuta alla turbolenza indotta e la smorzatura nel breve periodo
La fase della direzione ventosa e come viene influenzata dal passaggio del veicolo
Il progetto ha affrontato il problema della misurazione del flusso ventoso generato dal passaggio di un veicolo. Non si tratta della semplice velocità dell'aria, ma di una misura della "quantità" di aria e della relativa energia recuperabile.
postazione
box dati
