IL VEICOLO QUI PRESENTATO È UN AUTOMOBILE ELETTRICA CHE NON NECESSITA DELLA RICARICA DELLA BATTERIA LA SEGUENTE RELAZIONE DETERMINA L’AUTONOMIA QUOTIDIANA MEDIA DI TALE VEICOLO Esso si trasforma alternativamente in due diverse entità: 1 . durante   il   parcheggio è un acceleratore del lento vento atmosferico cittadino, molto più grande di un automobile, orientato da un software, dotato di generatori eolici e pannelli fotovoltaici. 2. durante il moto è un automobile. In particolare durante il parcheggio, l’esteso convogliatore frontale simile ad un “tubo Venturi”, per il tramite di generatori eolici collocati nella strozzatura, è capace di assorbire parte dell’energia presente nel lento vento atmosferico cittadino (ed energia solare, essendo ricoperto, nel suo sviluppo obliquo, da pannelli fotovoltaici), sufficiente a consentire -una volta trasformata tale struttura in un automobile- di coprire   la   distanza   media   quotidiana   percorsa   da   un   auto   in   città   pari a circa 30 km . Il tetto di tale auto è a sandwich con due strati sovrapposti, uno inferiore e uno superiore. Lo strato inferiore consiste nel tetto dell’abitacolo. Lo strato superiore è incernierato anteriormente e pertanto capace di ruotare sollevando la parte posteriore per l’effetto dell’azione di martinetti elettromeccanici. Tale elemento -una volta estratto- con superficie obliqua, bassa anteriormente, alta posteriormente, costituisce l’estremità ascendente inferiore del “tubo Venturi” detto. Sull’estremità posteriore così sollevata sono collocati dei generatori eolici retrattili. Al di sopra di detti generatori è collocato un elemento di guida dell’aria, anch’esso retrattile, che costituisce l’estremità superiore discendente del “tubo Venturi”. Tale ultimo elemento è di grandi dimensioni e dotato di valvole che proteggono tale ampia struttura dalle raffiche di vento. Sull’estremità inferiore obliqua detta e su parte di quella superiore sono collocati pannelli fotovoltaici. Detta struttura, una volta estratta, ha superficie complessiva ampiamente superiore a quella di un auto, pur conservando lo sviluppo longitudinale e trasversale di una normale automobile. Un software-navigatore, scaricando le previsioni del tempo da siti internet di meteorologia, indica, con differenti colori all’utente, ad es. su una mappa dello smartphone, le strade ove parcheggiare. In genere, il vento, in città, corre parallelamente alle strade, non potendo attraversare gli edifici che le costeggiano, e corre più velocemente lungo quelle strade ch sono disposte in modo parallelo alla direzione del vento atmosferico. Tuttavia una città è un oggetto aerodinamico che ha caratteristiche sue proprie: in alcuni punti la combinazione della forma dei palazzi aumenta la velocità del vento atmosferico mentre in altri la diminuisce (cfr. riquadro qui sotto). Per ottimizzare le prestazioni del veicolo, detto software registra, nei luoghi ove usualmente l’utente parcheggia, la velocità effettiva del vento rispetto a quello atmosferico di una determinata velocità e direzione, tramite dei sensori posti sull’auto. In un tempo successivo il software, conoscendo la direzione prevista del vento atmosferico, potrà indicare all’utente i siti ove conviene parcheggiare, in modo ponderato con la specifica aerodinamica del luogo. I parcheggi che costeggiano le strade sono colpiti da luce diretta del sole per un tempo che dipende dall’orientamento delle strade stesse, dalla loro larghezza e dall’altezza dei palazzi che le affiancano. Molti software-navigatore contengono i dati sulla disposizione e sulla larghezza delle strade. Ove non sia disponibile il dato sull’altezza dei palazzi, che renderebbe immediatamente deducibile il tempo dell’ombreggiatura, con dei sensori posti sull’auto che rilevano la differenza ombra/luce-solare, detto software registra il tempo in cui i luoghi ove usualmente l’utente parcheggia ricevono luce diretta, apprendendone le caratteristiche dell’insolazione. Il software-navigatore, determinando quindi i luoghi ove si verificherà la migliore produttività combinata dell’impianto eolico e di quello fotovoltaico dell’auto, indicherà, come detto, con differenti colori, all’utente, sulla mappa, le strade ove parcheggiare. 1 . l’uso di un software, come sopra descritto, capace di determinare ed indicare all’utente i luoghi ove si verificheranno le condizioni della migliore produttività combinata dell’impianto eolico e di quello fotovoltaico; 2 . il parcheggio nelle strade indicate dal software. (Una moderata divergenza rispetto alla direzione indicata dal software non produce una riduzione significativa dell’energia solare assorbita - cfr. schema qui a destra); 3 . per semplificare il calcolo si considera il vento come spirante da direzione casuale, cioè che ogni giorno il vento ha equiprobabilità di spirare da una qualsiasi direzione (Questo calcolo offrirà delle risultanze inferiori in termini energetici rispetto a quelle ottenibili in quelle città che hanno il vento dominante di prevalente direzione sud-nord o nord-sud); 4 . si considera che l’efficienza del convogliatore sia pari all’85% (è un dato prudente in quanto il convogliatore ha un angolo di convergenza moderato e tale da ridurre al minimo gli attriti); 5 . Per il computo dell’energia fotovoltaica effettivamente producibile dal veicolo posto in un ambiente cittadino, caratterizzato dalla presenza di palazzi, alberi, ed altri oggetti che determinano l’esistenza di ombre dinamiche, è stato considerato un coefficiente tale da ridurre la produttività dei pannelli. Tale coefficiente è stato individuato nella misura del 75%. La misura del 75% è un valore conservativo. Ad esempio, se   si parcheggia a ridosso dell'estremità nord di una grande piazza, l’insolazione sarà pari al 100%, non essendo raggiunta tale area dall’ombra dei palazzi che si trovano nella parte opposta della piazza e dunque la redditività dei pannelli dell’auto, in questo caso, non subirà riduzioni e sarà uguale a quella di pannelli equivalenti collocati in posizione fissa su un tetto di un edificio, privo di ombre. Se invece si parcheggia semplicemente in una strada esposta a sud, i palazzi che la costeggiano riducono, con le loro ombre, il tempo in cui i pannelli ricevono la luce diretta, in modo proporzionale alla loro altezza ed alla larghezza della strada. Tuttavia la redditività dei pannelli dell’auto rispetto a quella di pannelli di pari dimensioni e inclinazione collocati su un tetto, non si riduce in modo proporzionale al tempo in cui i pannelli dell’auto vengono ombreggiati dai palazzi. Infatti le ore di maggiore produttività dei pannelli fissi (i cui valori sono stati utilizzati in questo calcolo essendo fissi anche quelli dell’auto una volta parcheggiata) sono solo quelle prossime a mezzogiorno e pertanto l'ombreggiatura dei palazzi, che non si verifica nelle ore prossime a mezzogiorno, non reagisce in modo importante sulla misura dell’energia complessiva raccolta. L’auto, infatti, nelle ore prossime a mezzogiorno, fruisce in realtà comunque del 100%, o in una misura prossima a tale valore, del “Peak Charge Time”(vedi grafico qui sopra) cioè del momento che determina la redditività sostanziale dei pannelli fissi. Nelle ore precedenti e successive al “Peak Charge Time” , che offrono comunque poca energia anche a pannelli collocati su un tetto privo di ombre, i pannelli dell’auto, pur raccogliendo minore energia, continueranno ad assorbire la luce indiretta riflessa dalle facciate dei palazzi. Facendo un calcolo approssimativo, utilizzando lo schema qui sopra, sommando i valori dei punti percentuali come quantità di energia assorbita, in 5 ore (dalle 10 alle 2) durante il “Peak Charge Time” si ottengono 480 punti dai pannelli posti sull’auto o sul tetto indifferentemente. Le restanti ore sommate offrono 255 punti ai pannelli sul tetto, mentre l’auto va invece in ombra. Immaginando che la luce diffusa renda solo il 10% della luce diretta, l'auto consegue dalla luce diffusa, al di fuori del “Peak Charge Time” solo 25,5 punti anziché 255. Dunque complessivamente 25,5+480 = 505,5 punti l'auto e 255+480 = 735 punti il tetto. E’ quindi facilmente desumibile che in tale situazione la redditività dei pannelli dell’auto è comunque il 68,77% (=505,5/735) di quella di pannelli equivalenti posti sul tetto. Va inoltre considerato che i dati usati per determinare la redditività dei pannelli fotovoltaici dell’auto sono aggregati e includono la redditività dei pannelli nei giorni nuvolosi e di pioggia durante i quali il rapporto tra luce diffusa e diretta è differente, (vedi riquadro qui a destra). Pertanto si ritiene plausibile un valore pari a 75% per il coefficiente di riduzione della produttività media dei pannelli posti sull’auto. Come detto il 75% è un valore medio che può aumentare o diminuire in relazione alla larghezza delle strade ed all’altezza dei palazzi. 6 . si considera un tempo di sosta e quindi di funzionamento del sistema di generazione di energia elettrica pari a 23 ore per il sistema eolico (ipotizzando l’utilizzo dell’auto mediamente per 1 ora al giorno) ed a 24 ore per il fotovoltaico (usando il dato medio sulle 24 ore, che include la mancata produttività delle ore notturne); 2 . città di simulazione Roma e Londra. Tali città sono state scelte come riferimento perché si caratterizzano la prima per essere una città soleggiata ma poco ventosa, la seconda per essere una città poco soleggiata ma ventosa, in modo tale da rendere i risultati della presente analisi quanto più generali possibile. 3 . si considera un’efficienza circuito elettrico pari a 90% in modo tale da tener conto dell’energia dispersa nei vari conduttori elettrici per effetto Joule. 4 . l’uso di pannelli fotovoltaici (di tipo monocristallino) Potenza di picco: 0,218 KwP/m 2

SISTEMA EOLICO

SISTEMA FOTOVOLTAICO

PANNELLI (di tipo monocristallino) Potenza di picco: 0,21KwP/m 2

EFFICIENZA DEGLI IMPIANTI

I calcoli eseguiti per la determinazione dell'autonomia del veicolo in esame sono indicati negli allegati file Excel con nome "Roma" e "Londra". La natura dei dati in essi inseriti e la loro fonte sono esposte nelle pagine precedenti del presente documento. I file excel contengono le seguenti pagine con nome, nell'ordine: “Principale”; “Aggregazione”; “Eolico riepilogo”; “Eolico Frontale”; “Eolico posteriore superiore”; “Eolico posteriore inferiore”; “Eolico laterale”; “Fotovoltaico”, In particolare 1 . la pagina “Principale”, accogliendo come input il valore dell’energia mediamente prodotta dalla vettura risultante dalla migliore combinazione dell’impianto fotovoltaico e di quello eolico, e considerando le varie perdite di efficienza suindicate, determina l’autonomia media dell’auto espressa in chilometri al giorno; 2 . la pagina “Aggregazione” ha l’obiettivo di stimare l’energia complessivamente assorbibile dalla vettura combinando l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico e dall’impianto eolico. A tale scopo acquisisce come input: a . il   valore   dell’energia   eolica mediamente producibile dalla vettura in un anno considerando i vari possibili orientamenti della vettura parcheggiata, rispetto alla direzione del vento con intervalli di 5° (in particolare, -180° per il vento proveniente dal retro, -90° per il vento proveniente da sinistra, 0° per il vento proveniente di fronte, ecc) Il computo di tali valori sarà meglio dettagliato nella pagina “Eolico riepilogo”; b . il   valore   dell’energia   fotovoltaica mediamente producibile dalla vettura parcheggiata, in un anno, considerando i vari possibili orientamenti della vettura rispetto al sud (orientamento che garantisce la massima producibilità), con intervalli di 5° (in particolare, -180° per l’auto orientata a nord, -90° per l’auto orientata ad est, 0° per l’auto orienta a sud, ecc). Il computo di tali valori sarà meglio dettagliato nella pagina “fotovoltaico”. Chiaramente non sarà possibile ottenere sempre la massima producibilità di entrambi gli impianti contemporaneamente poiché l’impianto fotovoltaico offre la sua massima produttività quando la vettura è orientata a sud, mentre quello eolico offre la sua massima produttività quando la macchina è orientata controvento. Per ogni possibile direzione di provenienza del vento esiste chiaramente un orientamento della vettura capace di massimizzare la producibilità complessiva dei due impianti. La pagina “Aggregazione” considera tutte le possibili direzioni di provenienza del vento (con passi da 5°) e calcola per ognuna il valore dell’energia massima complessivamente producibile individuando il compromesso nella condizione di lavoro contemporanea dei due sistemi che consente di ottenere la massima energia complessiva (simula cioè il funzionamento del software sopra descritto). Come precisato nel capitolo relativo alle ipotesi sottese alla simulazione, è stata considerata una condizione di equiprobabilità della direzione di provenienza del vento, quindi privo di dominanza (vedi pag. 3 punto 3 del presente doc.), ed è stata quindi calcolata l’energia producibile dalla vettura, come media su base annua dei valori di producibilità complessiva, nel senso sopra descritto, dei due sistemi; 3 . la pagina “Eolico riepilogo” mostra il valore dell’energia producibile da tutti i sistemi eolici della vettura (generatore frontale, posteriore superiore ed inferiore, e generatori intubati nei cerchi) al variare della direzione del vento rispetto alla macchina parcheggiata. A tale scopo acquisisce come input i valori delle pagine di seguito elencate: a . Eolico frontale; b . Eolico posteriore sup; c . Eolico posteriore inf; d . Eolico laterale, e li combina eseguendo semplici calcoli trigonometrici inseriti nel foglio di calcolo del file Excel. 4 . la pagina “Eolico Frontale” acquisisce come input i dati relativi alla velocità media del vento nella città simulata ed i dati caratteristici del sistema eolico frontale dettagliati nella sezione iniziale di questo documento per calcolare l’energia mediamente producibile dalla vettura orientata con il vento di fronte; 2 . la pagina “Eolico posteriore sup” acquisisce come input i dati relativi alla velocità media del vento nella città simulata ed i dati caratteristici del sistema eolico posteriore superiore dettagliati nella sezione iniziale di questo documento per calcolare l’energia mediamente producibile dalla vettura orientata con il vento proveniente da dietro e ricevuta posteriormente dai generatori eolici superiori; 3 . la pagina “Eolico posteriore inf” acquisisce come input i dati relativi alla velocità media del vento nella città simulata ed i dati caratteristici del sistema eolico posteriore inferiore dettagliati nella sezione iniziale di questo documento per calcolare l’energia mediamente producibile dalla vettura orientata con il vento proveniente da dietro e ricevuta dal generatore eolico posteriore inferiore; 4 . la pagina “Eolico laterale” acquisisce come input i dati relativi alla velocità media del vento nella città simulata ed i dati caratteristici del sistema eolico laterale dettagliati nella sezione iniziale di questo documento per calcolare l’energia mediamente producibile dalla vettura orientata con il vento di lato; 5 . la pagina “Fotovoltaico” contiene i dati estratti dal simulatore messo a disposizione dalla Comunità Europea raggiungibile all'indirizzo web: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php . In particolare, per ogni diversa inclinazione di ogni pannello fotovoltaico rispetto all’orizzonte sono stati inseriti nella tabella i dati di producibilità al variare dell’orientamento degli stessi rispetto al sud, estratti dal simulatore sopra indicato. La producibilità complessiva dell’impianto fotovoltaico per ogni possibile orientamento rispetto al sud è calcolata sommando tali valori. Le suddette simulazioni sono state effettuate considerando i dati di produttività dei pannelli fotovoltaici e di velocità media del vento relativi alle città di Roma e Londra, ottenendo una producibilità media pari a circa 2,7 kWh al giorno per la prima 2,8kWh al giorno per la seconda. CONCLUSIONI Considerando che un quadriciclo standard raggiunge con 5 CV (limitati dalla legge) 45 km/h (limitati dalla legge), e considerando la somiglianza costruttiva tra tali quadricicli disponibili in commercio ed il veicolo in esame, è possibile stimare la distanza mediamente percorribile pari per le città di Roma e Londra rispettivamente a 33km e 34km al giorno. In tale simulazione non è stato considerato il vantaggio in termini di risparmio energetico (ad es. la diminuzione dell’attrito volvente) che il veicolo in esame ricava dai cerchioni aerodinamici e dagli pneumatici di grande diametro ad alta pressione dai quali è equipaggiato rispetto ai normali pneumatici del quadriciclo standard preso in considerazione.