Comparative Life Cycle Assessment of power supply units in direct and alternating current
Sonia Longo, Alberto Affranchi, Maurizio Cellura, Marina Mistretta
La maggior parte delle fonti di energia rinnovabile (RES), dei carichi elettrici e dei sistemi di accumulo utilizzano corrente continua (DC), nonostante la rete elettrica sia in corrente alternata (AC). Per questo motivo, quando si utilizzano le fonti rinnovabili, si verificano considerevoli conversioni tra AC e DC. Un pannello fotovoltaico, ad esempio, produce energia elettrica in DC che viene convertita in AC tramite un inverter; questa elettricità fornisce energia a un computer che ha al suo interno un convertitore che trasforma la corrente alternata in corrente continua. Questo processo provoca almeno due conversioni “inutili”, con conseguenti impatti energetici e ambientali. Inoltre, i dispositivi AC solitamente contengono più materiali rispetto a quelli in DC, il che può aumentare gli impatti sopra menzionati.
Questo lavoro mira a verificare se l’uso di dispositivi DC anziché AC può ridurre gli impatti energetici e ambientali (in particolare il fabbisogno energetico globale – GER e il potenziale di riscaldamento globale – GWP) dal punto di vista del ciclo di vita. A questo scopo, viene condotta una valutazione comparativa del ciclo di vita (LCA) per l’unità di alimentazione (PSU) di un computer, ad esempio un modello di carico elettrico tipico che converte la AC in DC. Un alimentatore è stato smontato presso il “LCA and Ecodesign Lab” dell’Università di Palermo, tutti i componenti dell’alimentatore sono stati catalogati e pesati, con particolare attenzione al circuito stampato, per creare un modello di distinta base dell’alimentatore AC. Partendo dai dati della letteratura, è stato creato un modello di alimentatore DC individuando i componenti da rimuovere per trasformare un alimentatore da AC a DC.
Concentrandosi sui due modelli sopra, come ipotesi, il case in acciaio, la ventola e i cavi sono gli stessi in entrambi gli alimentatori, mentre il circuito stampato dell’alimentatore DC include meno materiali e la sua superficie è inferiore del 25% rispetto all’alimentatore AC. Gli eco-profili dei due alimentatori sono stati calcolati considerando un approccio “from cradle to gate”.
I risultati indicano che l’alimentatore DC provoca 186,3 MJ di GER, ovvero il 38,5% in meno di impatto rispetto al modello AC, e rilascia 10,5 kg di CO2eq, il 37,4% in meno rispetto all’alimentatore AC. I risultati ottenuti sono validi per l’alimentatore del computer esaminato, ma l’approccio può essere esteso ad altri carichi elettrici per valutare i vantaggi energetici e ambientali derivanti dall’utilizzo di sistemi funzionanti direttamente in DC.
L’adozione di tecnologie DC, integrate alle RES e ai carichi elettronici, può rappresentare un elemento chiave per la transizione ecologica e può portare allo sviluppo di microgrids DC più sostenibili ed efficienti con impatti ambientali ridotti.
La ricerca si sviluppa nell’ambito delle attività del progetto LOV –Lowering Ortigia’s Voltage, finanziato dal PO FESR 2014/2020.
