Idrogeneratori: Ecco come la velocità nell’acqua si trasforma in energia elettrica

​Normalmente è necessario un apporto di energia per far girare l'elica. Gli idrogeneratori ribaltano questo approccio. Si tratta di una vera e propria specialità della nautica a vela: poiché gli yacht a vela sfruttano il vento per la propulsione, la navigazione sull’acqua fornisce una fonte di energia rinnovabile con un’efficienza notevole, poiché l’acqua che scorre sviluppa forze enormi grazie alla sua elevata densità.

A ciò si aggiunge, nelle imbarcazioni a dislocamento tradizionali, il fattore della velocità dello scafo: uno yacht da crociera la raggiunge già con un vento di circa 15 nodi. Un idrogeneratore ottimizzato per queste condizioni eroga già gran parte della sua potenza massima. Se la velocità del vento raddoppia a 30 nodi, la potenza del generatore cambia solo di poco, almeno in teoria, poiché l’imbarcazione non aumenta significativamente la propria velocità. Un Generatore eolico Al contrario, la sua potenza aumenta con il vento e raggiunge il massimo rendimento solo in presenza di vento forte.

La resa di un idrogeneratore dipende quindi dalla velocità e dalla distanza percorsa a vela. Nei giorni di sosta in porto o in una baia di ancoraggio, un idrogeneratore, per sua natura, non fornisce alcuna energia elettrica. Pertanto, è opportuno tenere conto del vento e Energia solare da utilizzare come integrazione. Allo stesso modo, un generatore a traino è in grado di colmare le lacune nell’approvvigionamento energetico qualora lo spazio a coperta non sia sufficiente per un approvvigionamento energetico autosufficiente basato esclusivamente sull’energia eolica e solare.

Un tempo considerato un ostacolo, oggi molto diffuso

L’idea non è nuova: in passato alcuni velisti d’altura utilizzavano generatori a onde, in cui, durante la navigazione a vela, l’elica del motore diesel dell’imbarcazione veniva impiegata per generare elettricità. A tal fine, un alternatore veniva azionato dall’albero motore tramite una cinghia. Tuttavia, l’elica rallentava notevolmente la barca e generava rumore, mentre la resa energetica era modesta.

Un altro approccio consisteva in sistemi trainati dietro lo yacht, come ad esempio l’Aquair 100 e l’LVM Aquagen. In questo caso, l’unità elica trainata è collegata tramite una cima all’alloggiamento del generatore a poppa. Questi generatori trainati richiedono tuttavia una profondità d’acqua sufficiente e non sono facili da manovrare.

Nei modelli attuali, il generatore è solitamente molto più compatto e funziona sott’acqua direttamente dietro l’elica. Solo nel caso del Seawing l'apparecchio continua a essere trainato. In tutti gli altri modelli, il generatore è solitamente fissato a una pinna o a un'asta montata sullo specchio di poppa. Questi dispositivi assomigliano piuttosto a un fuoribordo elettrico o a una pala di timone aggiuntiva. Presentano un'elevata efficienza, mentre il design ottimizzato dal punto di vista idrodinamico riduce al contempo la resistenza.

Questo li rende interessanti anche per le imbarcazioni da regata d’altura del circuito IMOCA. Yannick Bestaven, vincitore del Vendée Globe 2020/21, è addirittura uno dei cofondatori del produttore Watt & Sea, i cui prodotti vengono utilizzati anche da Boris Herrmann sulla sua “Malizia Sea Explorer” . Anche nel mondo della Classe 40 si trovano idrogeneratori: ad esempio, Ari Känsäkoski ne ha montato uno alla Global Solo Challenge 2024 Prodotto Remoran a poppa. Il suo concorrente Kevin Le Poidevin utilizzava apparecchiature della Ocean Power. I velisti da crociera possono quindi tranquillamente trascurare, nella pratica, l’effetto frenante di questi generatori.

Confronto tra 10 modelli

Il tipo di imbarcazione e le caratteristiche di navigazione sono determinanti

Numerosi prodotti nascono da sviluppi propri dei velisti e alcuni vengono commercializzati direttamente dai loro inventori. La scelta dell’idrogeneratore più adatto al proprio yacht dipende dal tipo di imbarcazione e dalle sue caratteristiche di navigazione. Infatti, questi dispositivi sono sempre calibrati per un determinato intervallo di velocità. A questo proposito, ciò che conta è la velocità di avanzamento nell’acqua, non quella rilevata dal GPS rispetto al fondo. È importante prestare attenzione alla cosiddetta «cut-in speed». A partire da questa velocità dell’imbarcazione ha inizio la produzione di energia elettrica. Esiste anche una velocità massima di funzionamento, la «cut-off speed». Se il numero di giri è troppo elevato, l’elica rischia di andare in cavitazione e dovrebbe essere sollevata dall’acqua.

Nella scelta del prodotto è utile dare un’occhiata alla curva di potenza del generatore. Essa indica la produzione di energia elettrica prevedibile in funzione della velocità dell’imbarcazione e dovrebbe corrispondere alle caratteristiche specifiche dello yacht: Per un’imbarcazione veloce, il generatore non deve raggiungere troppo presto i propri limiti, anche se ciò comporta una velocità di avvio più elevata. Per gli yacht più lenti, invece, è auspicabile un aumento il più precoce possibile della curva di potenza, anche se in tal caso si raggiunge più rapidamente il limite massimo. La tabella comparativa (pagine 68/69) si limita ai generatori per un intervallo di velocità compreso tra circa 3 e 10 nodi. Questi dispositivi sono quindi particolarmente interessanti per i velisti da crociera.

Alcuni idrogeneratori possono essere adattati a diverse fasce di velocità. Eclectic Energy, Kitewinder, Ocean Power, SailnSea e Watt & Sea offrono a tal fine diverse dimensioni di eliche tra cui scegliere. Motivo: maggiore è la velocità dell’imbarcazione, maggiore è la forza che agisce sull’elica. In questo caso è sufficiente un’elica più piccola per ottenere la potenza desiderata dal generatore, il che però comporta anche un aumento della velocità di avvio (cut-in speed).

Per una velocità media inferiore, invece, è necessaria un’elica più grande per generare la stessa potenza. Un esempio: Watt & Sea raccomanda, per i suoi modelli da crociera, l’elica standard per velocità di crociera da 4 a 11 nodi, la versione più grande per una velocità da 3 a 9 nodi e la versione più piccola per una velocità da 6 a 13 nodi.

Anche la forma dell’elica gioca un ruolo importante, in particolare il passo. È proprio il passo a determinare il numero di giri al minuto raggiunto a seconda della velocità dell’imbarcazione. Alcuni produttori offrono quindi eliche regolabili, che consentono di coprire un’ampia gamma di velocità. SWI-TEC regola l’elica in base alle specifiche del cliente prima della consegna. Watt & Sea utilizza un’elica a passo variabile per imbarcazioni da regata molto veloci. Il suo passo variabile amplia la gamma di velocità fino a 30 nodi.

In termini di prestazioni, i dispositivi presentano valori molto simili

Un altro criterio di selezione è rappresentato dalla classe di potenza dell’idrogeneratore. La scelta dipende dal consumo di energia elettrica e dalla capacità della batteria, nonché dalla presenza di ulteriori fonti energetiche quali pannelli solari o un generatore eolico. Tuttavia, a una velocità di crociera media di 6 nodi, le differenze nelle curve di potenza dei dispositivi elencati non risultano particolarmente marcate.

È inoltre importante un fissaggio solido. Alcuni supporti possono essere adattati in modo flessibile a diversi specchi di poppa. Alcuni produttori offrono anche supporti aggiuntivi per situazioni di installazione particolari. Anche l’altezza e la lunghezza dell’asta sono fattori importanti: un’elica troppo alta potrebbe emergere in caso di mare mosso, mentre una troppo bassa aumenterebbe inutilmente la resistenza di traino. In questo caso è necessario attenersi alle indicazioni del produttore relative all’altezza di montaggio. Inoltre, è pratico che l’apparecchio possa essere facilmente estratto dall’acqua o ruotato e che, quando non viene utilizzato, possa essere smontato senza complicazioni.

Cosa è rilevante ai fini della decisione di acquisto

L'acquisto di un idrogeneratore va valutato con attenzione. Innanzitutto è necessario valutare in modo realistico le prestazioni a vela dello yacht: in quale fascia di velocità naviga prevalentemente l'imbarcazione? A partire da quale velocità conviene issare le vele e quale velocità massima in acqua è in grado di raggiungere effettivamente il proprio yacht? Si possono quindi prendere in considerazione gli apparecchi la cui curva di potenza si adatta a questi fattori o può essere regolata di conseguenza.

Inoltre, sono importanti una soluzione di fissaggio sicura e un funzionamento semplice. Quando si confrontano direttamente i prezzi, occorre verificare se sia incluso un regolatore di carica adatto alle batterie presenti. Questo protegge le batterie dal sovraccarico ed è indispensabile.

​Il motore elettrico come idrogeneratore

In linea di principio, anche i motori elettrici possono essere utilizzati durante la navigazione a vela per generare energia elettrica. Questa cosiddetta “recuperazione di energia” è una caratteristica, ad esempio, dei motori fuoribordo elettrici della linea EVO di ePropulsion. Tuttavia, questi sono in grado di ricaricare solo la propria batteria, non accumulatori esterni. Lo Spirit 1.0 EVO dovrebbe fornire circa 95 watt a una velocità di 6 nodi. La sua batteria sarebbe così ricaricata per metà dopo poco meno di sette ore. Anche i POD-Drive della linea EVO sono in grado di effettuare la recuperazione. Oceanvolt fornisce un esempio dell’impiego di motori integrati come idrogeneratori. A tal fine, i Saildrive del produttore finlandese sono dotati dei cosiddetti «Servo-Props»: eliche a passo variabile che si adattano alla rispettiva modalità di funzionamento. In questo modo, a una velocità compresa tra 7 e 8 nodi, si dovrebbero poter generare fino a 1.000 watt. Alcuni cantieri navali, come ad esempio Arcona, Garcia, Linjett e X-Yachts, offrono già ai propri clienti tali propulsori Oceanvolt come opzione.

I modelli in dettaglio

​Esseri ibridi: Duo-Gen

Le numerose analogie con i generatori eolici hanno spinto il produttore britannico Eclectic Energy a sviluppare un dispositivo combinato: il Duo-Gen 3 funziona come generatore idroelettrico durante la navigazione e come generatore eolico quando la barca è all’ancora o in porto. A tal fine è sufficiente sostituire l’elica e sollevare o abbassare l’apparecchio. Il produttore lo definisce un «eccellente generatore idroelettrico con capacità eolica». Nella variante Sail-Gen è disponibile anche un generatore idroelettrico puro di Eclectic Energy. Anche in questo caso, l’alloggiamento del generatore si trova sopra l’acqua. Una piastra alare mantiene l’elica in posizione sommersa.

​Easygoing: Ocean Power

L’Ocean Power è stato sviluppato da Eckard Scholz. L’ingegnere e velista se ne occupa personalmente della commercializzazione. Durante il sollevamento e l’abbassamento, il dispositivo scorre su una guida grazie a cuscinetti a rulli. Il sistema di sospensione può essere adattato a diverse situazioni di installazione. A ciò si aggiungono supporti adatti a ogni tipo di forma di poppa. Quando non viene utilizzato, il dispositivo può essere facilmente rimosso. L’alloggiamento slanciato del generatore non necessita di guarnizioni dinamiche. Scholz parla di un «design senza guarnizioni» che riduce al minimo gli interventi di manutenzione. Le pale in carbonio dell’elica sono sostituibili singolarmente. Su richiesta sono disponibili modelli di elica con design diversi.

​Estremamente flessibile: Remoran Wave

Il Remoran Wave 3, proveniente dalla Finlandia, è uno dei prodotti più versatili in termini di design della pala. Ciò è garantito da un'asta telescopica e da un angolo di inclinazione regolabile di 40 gradi. A ciò si aggiungono tre diversi supporti di fissaggio posteriori. Per diverse fasce di velocità sono disponibili due modelli, contrassegnati dalle sigle GD e GS, entrambi nella fascia da 300 Watt. «Il 95% dei clienti sceglie il nostro modello Remoran Wave 3GS, che offre una migliore produzione di energia a velocità più basse», riferisce l’amministratore delegato Samuli Aura. Il dispositivo è progettato per una navigazione media da 3 a 10 nodi.

​Categoria base: SailingGen

Armin Horn, ingegnere laureato e professore di ingegneria meccanica appassionato di vela, vende il suo prodotto di propria ideazione, SailingGen, tramite un negozio online dedicato. Anziché essere fissata a un’asta aerodinamica, l’unità generatrice è sospesa a una semplice asta, che viene sollevata quando non viene utilizzata. Nonostante la solida struttura in acciaio inossidabile resistente all’acqua di mare, il dispositivo, compreso il supporto di poppa, pesa solo 5,5 chilogrammi. Il supporto può essere adattato a diverse forme di poppa. Il regolatore di carica (299 euro), acquistabile separatamente, garantisce un monitoraggio costante del carico della turbina. Sono inoltre disponibili un display opzionale e un’app per Android.

Soluzione multiuso: Hydro Charger Universal

Con l’Hydro Charger Universal, SWI-TEC lancia sul mercato il successore del suo collaudato modello standard. «Il grande vantaggio del nostro nuovo modello, più leggero, è che possiamo regolare l’inclinazione in modo tale da generare circa 4 ampere già a una velocità di 3 nodi», spiega il fondatore Marco Bachmann. Di questo dovrebbero beneficiare soprattutto gli yacht di piccole dimensioni. L’elica regolabile può essere adattata a diverse fasce di velocità. Sono inoltre disponibili diversi supporti per diverse situazioni di installazione, tra cui anche un supporto oscillante. Il regolatore in dotazione può essere controllato tramite Bluetooth utilizzando un’app per Android.

​Grande varietà: Watt & Sea

Watt & Sea offre la scelta più ampia. I velisti da crociera possono scegliere tra un modello da 300 e uno da 600 Watt con pale del timone dal design aerodinamico, entrambi disponibili in due lunghezze di albero. A ciò si aggiunge un POD, fissato saldamente sotto lo scafo con bulloni. Per ogni generatore sono disponibili pale in tre misure, oltre a una versione con inclinazione regolabile. A questi si aggiungono i modelli da regata e le versioni speciali per singole classi di imbarcazioni, come la Mini 650 e la Class 40. Sono possibili anche realizzazioni su misura. Qui si dovrebbe trovare una soluzione adatta a ogni esigenza, anche se i prodotti si collocano nella fascia alta della gamma in termini di prezzo.

​Veicolo subacqueo: Seawing

Altrettanto esotico quanto innovativo è il Seawing, proveniente dalla Francia, che viene trainato dietro alla barca. Le due eliche azionano ciascuna un generatore, sviluppando una potenza notevole. Un galleggiante e un idrofoil mantengono il dispositivo a una profondità compresa tra 0,50 e 1,50 metri. Il cavo di traino è lungo 3,20 metri ed è rivestito da una treccia in Dyneema che assorbe la forza di trazione. «Attualmente stiamo producendo da 10 a 20 unità con miglioramenti apportati sulla base del feedback dei clienti», riferisce il fondatore Oliver Normand. La scatola di collegamento con regolatore di carica integrato e Bluetooth è inclusa nella fornitura.

Suggerimenti di lettura

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Watt, volt e altre seccature Parte dai fondamenti dell'elettricità e illustra i componenti di un impianto di bordo, dalla batteria e dalle fonti di ricarica fino ai carichi e ai sistemi bus. L'attenzione è rivolta alle relazioni di facile comprensione tra corrente, tensione, potenza e resistenza, nonché alla ricerca sistematica dei guasti.

L'idrogeneratore è indispensabile durante una crociera di lunga durata o l'energia solare e il generatore eolico rimangono la soluzione più pratica? Condividete le vostre esperienze e la vostra opinione nei commenti.