lunedì, marzo 24, 2008

Cucina fotovoltaica in casa

La piastra riscaldante a induzione di casa mia, alimentata da energia fotovoltaica


C'è un concetto che è ben assodato nell'armamentario delle idee ambientaliste: quello che usare l'energia elettrica per il riscaldamento è - come dicono gli americani - un "no-no"; uno spreco che dovrebbe essere evitato a tutti i costi. Questa idea deriva da un ragionamento corretto nel contesto di una certa ipotesi. Ovvero, se dobbiamo usare il gas per generare energia elettrica, poi questa energia la dobbiamo trasportare a lunga distanza, e poi ritrasformare in energia elettrica per scaldare la resistenza di una stufetta, beh, ovviamente questo non ha senso. E' questa catena di inefficienze che ha generato il termine molto efficace di "strage termodinamica" per chi usa stufe elettriche per il riscaldamento. Molto meglio, in questo contesto, usare direttamente il gas per il riscaldamento, soprattutto se in caldaie efficienti o, meglio ancora, in cogenerazione.

Anch'io ero convinto di questa idea, tanto è vero che quando abbiamo cambiato la cucina in casa, qualche anno fa, mi ero sbattezzato per trovare un forno a gas che non si esisteva in vendita quasi da nessuna parte. Una volta trovato e montato, mi sono sentito molto "ecologico" ma, ripensandoci oggi, dopo che ho montato un impianto fotovoltaico a casa mia, sono proprio sicuro di aver fatto la cosa giusta? Non è invece che un forno elettrico alimentato da energia solare fotovoltaica sarebbe stato meno inquinante e meno costoso?

Il concetto del riscaldamento elettrico fotovoltaico mi ha incuriosito. Da quando ho l'impianto FV sono diventato molto cosciente dell'energia che consumo nelle varie attività di casa e mi sento molto stimolato a essere efficiente al massimo. Perciò, mi sono messo a fare qualche esperimento per vedere quali sono i metodi migliori per scaldare le cose in cucina.

Ovviamente, le antidiluviane piastre riscaldanti a resistenza non sono una buona idea. Tuttavia, l'ultimo sviluppo tecnologico in cucina è la piastra riscaldante a induzione; molto più efficiente. La piastra funziona secondo il principio, appunto, dell'induzione, ovvero scaldando oggetti metallici per mezzo del campo elettromagnetico generato da un solenoide. Ha il vantaggio che scalda unicamente il metallo. Se non c'è la pentola da scaldare, non funziona; ergo: nessuno spreco di energia. Se le comprate da incasso, le piastre a induzione sono molto care, ma quella che vedete in figura costa poco più di 50 Euro comprata su ebay.it. Messa alla prova, sembra funzionare una meraviglia, ma non basta la prima impressione, bisogna quantificare.

La piastra non permette una misura dell'energia utilizzata e per questo scopo mi sono procurato un misuratore di energia per elettrodomestici comprato su D-mail a una trentina di euro (vedete anche quello nella figura, in basso a destra). Non è che l'oggetto mi entusiasmi molto, il minimo che può misurare sono 10 Wh, che è un po' poco come sensibilità. Mi sto attrezzando per fare misure migliori, ma per queste misure in cucina dovrebbe andar bene anche questo.

Attrezzato con questi aggeggi, ho fatto un po' di misure comparative anche con i fornelli a gas e con il forno a microonde, scegliendo 500 cc di acqua come sostanza da riscaldare. Ho usato un pentolino d'acciaio da circa 600 cc, oppure una pentola più grande, oppure, per i test nel microonde, la stessa quantità di acqua l'ho messa in un'insalatiera di vetro. Per quanto riguarda i fornelli a gas, ovviamente l'energimetro di D-Mail mi serviva a poco, ma ho trovato su internet una taratura dei fornelli in kW dall'AEG . Non so se sono esattamente uguali ai miei fornelli, ma credo che siano misure standard per tutte le cucine.

Ecco i risultati. Non sono misure super-sofisticate, ma servono per dare un'idea.



Adesso vi dico che cosa deduco da questa prima serie di misure.

1. La piastra a induzione è, effettivamente, molto efficiente. Molto di più del gas, ed è anche più rapida. Possiamo fare un piccolo calcolo di efficienza ragionando che la capacità termica dell'acqua è di 4.2J/k/g, per scaldare 500 cc ci vogliono 168 kJ, ovvero 46e-3 kWh. Notate che la lettura di "50 Wh" sullo strumento che ho usato va letta come "55+/-5" per cui se ne conclude che riscaldare a induzione ha un'efficienza dell'ordine dell'80%. Niente male!

2. Notate che c'è una differenza nei risultati a seconda della forma e dimensioni della pentola. Sia l'induzione sia il gas fanno più fatica a scaldare una pentola più grande. Questo è abbastanza ovvio, dato che entrambi devono scaldare una massa di metallo maggiore.

3. C'è una notevole perdita di efficienza a scaldare una pentola piccola su un fornello a gas troppo grande. Molto del calore si disperde nell'aria.

4. Il forno a microonde è la cosa meno efficiente e più lenta di tutte per portare l'acqua all'ebollizione. In realtà, ho il dubbio che questo sia dovuto in parte al fatto che ho usato un recipiente non specifico per le microonde. Può darsi che molta energia sia finita per scaldare il recipiente. Ma è una questione accademica, dato che nessuno usa il forno a microonde per fare la pastasciutta.

5. In termini di costi (senza fotovoltaico), non c'è molta differenza fra gas e induzione. Prendiamo la tariffa attuale per l'energia elettrica di .12 euro per kW. Scaldare 500 cc con l'induzione, richiede .05 kWh, ovvero 0.006 euro (0.6 centesimi) in condizioni favorevoli. Con il gas piccolo, secondo i dati AEG, abbiamo una portata di 0.095 m3/h. Per 9 minuti, fanno 0.014 m3. Al prezzo attuale di 0.320 euro/m3 fanno 0.0045 euro (0.45 centesimi), leggermente meno dell'induzione. Ma se si scalda con la tariffa notturna (0.08 Eur/kWh) allora vince l'induzione. Se poi c'è il FV, ovviamente, non c'è confronto, l'induzione stravince.

6. In termini di emissione di gas serra, se c'è il FV, ovviamente, l'induzione stravince sul gas. In assenza di FV o usando la piastra di sera, è difficile dire. La piastra è molto più efficiente localmente (circa un fattore 3) del gas, ma bisogna considerare tutta la catena di produzione dell'energia elettrica. Quanti gas serra si emettono dipende dalla fonte primaria. Se è idroelettrica, per esempio, le emissioni sono zero. Se è a carbone, al contrario, le emissioni sono alte. Normalmente, l'energia elettrica che utilizziamo arriva da un mix del quale non possiamo conoscere la composizione. Bisogna un po' vedere dove e quando, ma la piastra a induzione potrebbe essere spesso migliore del gas anche per quanto riguarda l'emissione dei gas serra.

Ripeto che questi dati sono ancora provvisori e che mi sto attrezzando per fare delle misure più precise. Inoltre, i dati per il gas sono soltanto stimati e non misurati. Comunque, questa serie di dati, credo, è già sufficiente per rivoltare il concetto che vuole che il metano sia sempre più "ecologico" dell'energia elettrica per applicazioni termiche (non sempre il metano ti da una mano). Se usata con la tecnologia giusta, e soprattutto se generata dal sole, l'energia elettrica in cucina sembrerebbe spesso meno costosa, più rapida e più sicura del gas.

Ora, si tratta di vedere quanto queste considerazioni possono essere estese oltre la cucina dove, tutto sommato, di energia se ne usa abbastanza poca. Possiamo dire che se uno ha il fotovoltaico gli conviene tornare allo scaldabagno elettrico o, addirittura, alle stufette elettriche? Beh, qui non è detto. Un problema è che gli impianti elettrici delle case attuali non sarebbero in grado di reggere il carico di una casa "tutta elettrica". Allo stesso modo, un impianto fotovoltaico che sta su un tetto non sarebbe probabilmente in grado di reggere il consumo di una casa che usasse solo stufe elettriche a resistenza per il riscaldamento. D'altra parte, è anche vero che esistono dei sistemi di riscaldamento casalingo molto più efficienti delle resistenze elettriche. Mi sembra probabile che un sistema di riscaldamento basato su fotovoltaico e pompe di calore possa essere meno inquinante e meno costoso di un sistema tradizionale a caldaia e, forse, anche di un sistema a cogenerazione. Quest'ultimo, per quanto efficiente possa essere, dipende pur sempre dai combustibili fossili.

Tutte queste cose vanno studiate e quantificate, cosa che mi riprometto di fare quando possibile. Nel frattempo, teniamo conto che la faccenda "mai usare l'elettricità per il riscaldamento" si potrebbe rivelare una leggenda in molti casi.

(ringrazio Emilio Martines per i suoi suggerimenti a proposito della piastra a induzione e Corrado Petri per i suoi commenti a proposito di questa nota)


(nota scritta a posteriori: ho calibrato l'energimetro di D-mail con un'apparecchiatura più sofisticata disponibile all'università. I risultati sono buoni. L'apparecchietto a basso costo non ha una grande sensitività, ma le misure sono accurate. Posso quindi confermare i dati riportati in questo articolo.)

14 commenti:

Weissbach ha detto...

Si possono usare amperometri (vedi qui un metodo molto casalingo) e contatori.
Gli amperometri ovviamente danno misure istantanee che vanno integrate in qualche modo.
Ma contatori da uso civile con risoluzioni maggiori di 0,1 KWh non sono molto diffusi.

Weissbach ha detto...

Una nota sull'efficienza del gas,
per considerare la cosa nel complesso:
ovviamente le cose cambiano pesantemente dall'estate all'inverno.

In estate le calorie perse sono inutili o dannose.
In inverno l'energia "sprecata" in realtà va nel mucchio e serve a riscaldare la casa
(tralascio considerazioni sul microinquinamento).

Anonimo ha detto...

Aggiungerei un'altra considerazione: fintanto che il fotovoltaico ( o rinnovabili simili) non si diffonde su vasta scala, ogni kWh di energia elettrica FV consumata per riscaldare la propria casa corrisponde a 3 kWh di energia di combustibile fossile bruciato per produrre l'elettricità che serve al vicino. In altri termini, attualmente, in Italia, ad ogni unità di energia elettrica FV non immessa in rete corrisponde circa il triplo di fossile in centrale termoelettrica convenzionale. O sbaglio?

Mimmo.

Lorenzo ha detto...

Per il gas bisogna considerare anche le emissioni indirette dovute all'energia della compressione e alle perdite (che comunque dovrebbero essere circa del 18% vedi:
http://www.atmosphere.mpg.de/enid/
No_3_Sett__2__5_metano/energia/
R__Emissioni_di_metano_dai_gasdotti_529.html
Io d'inverno uso molto la stufa a legna ma d'estate uso un bollitore elettrico che ha il vantaggio di avere la resistenza immersa nell'acqua quindi l'energia viene direttamente trasmessa a questa. Poi se tutto va bene anche io avrò il fotovoltaico a casa.

Anonimo ha detto...

Sulla possibilità di usare il FV accoppiato alle pompe di calore una breve considerazione. L'idea è sicuramente interessante a patto che la casa sia molto ben isolata e sia dotata preferibilmente di impianto di riscaldamento a pavimento; solo così è possibile scaldare l'acqua a temperature così basse da ottenere un buon risultato con le pompe di calore

Maurizio T.

Anonimo ha detto...

Quindi ricapitolando: Sole => elettricità => calore.

Non sarebbe meglio:

Sole => calore

tramite solare termico?

Anonimo ha detto...

Senza dubbio SOLE-CALORE è la miglior soluzione di maggior efficienza. La famosa cucina solare.
Si può usare però, guarda un po', solo quando c'è il "sole" di una certa intensità; al bando cibi cotti al forno di sera, notte o quando piove! Dieta!

Anonimo ha detto...

Sbaglio o anche il fotovoltaico non funziona di notte o quando piove?

Anonimo ha detto...

Rispetto la cucina solare il fotovoltaico è scadentissimo come resa. E poi non funziona neanche di notte, con la luna.
SI cucina quindi quando c'è il sole e si riscalda un po' a gas il precotto

Anonimo ha detto...

State raginando in un sistema di utente singolo ed isolato: se tutti producono energia rinnovabile in eccedenza e la versano in rete e la rete è piena, il gestore della rete può accumularla con impianti di pompaggio in bacini e restituirla quando c'è carenza (naturalmente l'accumulo è minimo, i consumi vanno rivisti, ma non è vietato utilizzare energia elettrica per cuocere i cibi).
Mimmo.

AnsFans ha detto...

Mi lasciano un po' perplesso i valori misurati per il forno a microonde. Mi paiono bassi/scadenti rispetto a quanto mi aspetto.

Il funzionamento si basa su un principio simile a quello della piastra ad induzione e cioè alla dissipazione di un campo elettromagnetico in un materiale che assorbe le radiazioni (quindi il campo EM non influenza gli isolanti attraversati e viene riflesso dalle superfici conduttrici).

L'energia elettrica inserita nel sistema (e misurata) è certamente stata trasformata in calore entro il forno; la struttura esterna è completamente metallica e lo sportello ha uno spessore "accordato" con la frequenza dell'emettitore e quindi anche se non si ha contatto elettrico al bordo dello sportello , dal punto di vista elettromagnetico, il campo EM è completamente confinato internamente. (Se non lo fosse allora sarebbe molto pericoloso sostere nelle vicinanze mentre è in funzione!)

Quindi, se l'energia immessa è confinata all'interno si sono scaldate parti interne; alcune potrebbero avere un sistema di raffreddamento e parte del calore potrebbe essere ceduto all'ambiente tramite ventilazione.

Ripensando alle condizioni di prova, credo che la insalatiera (che essendo isolante non è influenzata direttamente dal campo EM ma si scalda alla temperatura finale dell'acqua per conduzione da parte dell'acqua stessa) abbia una capacità termica non trascurabile e probabilmente superiore a quella dei piccoli tegami metallici da 600cc usati negli altri test.

Se ripetereai gli esperimenti sarebbe interessante misurare la temperatura delle pareti del forno e l'eventuale ventilazione per il raffreddamento dell'emettitore.

Ciao, Andrea.

Anonimo ha detto...

Una nota o due sul riscaldamento: già alcuni anni fa, PER LEGGE, gli impianti di riscaldamento dotati di caldaia a gas dovevano avere una efficienza minima garantita pari all'89%, intesa come resa effettiva ai radiatori.

Visto che per l'anno 2006 il gestore della rete quantificava nel 39% l'efficienza media di conversione per le centrali termoelettriche italiane, se ne deduce rapidamente che ogni stufa elettrica volta al riscaldamento di un locale è un errore lampante, almeno allo stato attuale.

L'impiego di elettricità in carichi resistivi può andare bene in casi particolari (il fornello della cucina è un buonissimo esempio), ma le generalizzazioni sono piuttosto pericolose.

Diverso è il caso di impianti più efficienti (vedi pompa di calore) o di sistemi che utilizzano il riscaldatore resistivo solo per far fronte alle emergenze (il caso di un boiler elettrico che sopperisce alle mancanze di insolazione stagionali, lasciando che il sole faccia il grosso del lavoro tramite un semplice collettore). In questi casi la cosa è probabilmente accettabile.

Si potrebbe essere a favore di una estensione dell'impiego di elettricità se contestualmente venisse anche eliminata una rete, vedi quella del gas; i minori oneri di gestione delle infrastrutture forse potrebbero giustificare qualche inefficienza in più.

La mia impressione è che sia importante pensare da subito le necessità di energia di una abitazione; dover intervenire a posteriori è un costo molto grande.

fausto

markogts ha detto...

Due note metodologiche:

-la misura del gas consumato si può fare facilmente col contatore di casa, ha una precisione al millesimo di metro cubo.
-i costi che citi sono sottostimati: per le utenze domestiche c'è un'enorme incidenza di costi di distribuzione. Prendi in mano le bollette e verifica "fuori tutto". Io sono a 15 €c/kWh e 65 €c/mc circa.

Io ho misurato direttamente l'efficienza del riscaldamento del classico pentolone di acqua per la pasta con fornelli a gas, siamo sul 50%. Personalmente, non disponendo di impianti fotovoltaici ma essendo servito dal gas (abito in condominio in centro città), sono un fervente sostenitore del metano: forno a gas, fornelli a gas, impianto di riscaldamento e ACS a metano, con connessioni di acqua calda anche per lavatrice e lavastoviglie (anche se su quest'ultimo tema sto facendo ancora misure, perché i risultati sono controversi, farò un post quando sarò sicuro dei dati).

PS Qualcuno ha parlato di pompe di calore aria/aria con COP superiore a 5. Vi prego, stiamo seri. La pompa di calore è un ottimo strumento, ma ha bisogno di una sorgente fredda fatta bene, solo l'acqua o i terreni ben imbibiti possono andar bene.

PPS Sono venuto qua cercando dati sull'equivalenza tra kWh presi dalla rete elettrica nazionale e CO2 emessa. Qualcuno ne sa qualcosa? Io trovo dati variabili tra 480 e 580 g/kWh, ma non so se siano comprensivi di *tutte* le fonti impiegate, dell'energia importata ecc., e se siano affidabili come valori.

gab ha detto...

il ragionamento del post è molto interessante, soprattutto per chi come me ha deciso di puntare alla caldaia a pellet per il riscaldamento. Col fotovoltaico potrei alimentare scaldabagno elettrico efficiente (solo per i periodi estivi) magari con pompa di calore, e una cucina a induzione. Così non pago più la bolletta del gas e uso solo fonti rinnovabili. Mi servirebbero conteggi più precisi. C'è qualcuno che ha esperienza in merito all'accoppiamento pellet + fotovoltaico?