Scuola Politecnica
Corso di Studi: Laurea Magistrale in Energy Engineering
Anno di Corso I
Denominazione Insegnamento: SOLAR AND GEOTHERMAL ENERGY
Codice Insegnamento:
Crediti Formativi: 6
Settore Scientifico Disciplinare: ING IND 10
Docente Titolare: Fossa Marco
Obiettivi Formativi:
Conoscenze generali sulle risorse rinnovabili, con particolare riferimento alle tecnologie e
metodologie per lo sfruttamento della risorsa solare (termica, fotovoltaica, a concentrazione, ibrida)
e geotermica a pompa di calore. Consentire allo studente di sviluppare capacità riguardanti analisi
di producibilità energetica da impianti a fonte solare e geotermica. Fornire allo studente conoscenze
inerenti i modelli ed i criteri di progetto degli impianti solari e geotermici a pompa di calore e
acquisire capacità nel definire taglia, layout e principali caratteristiche del sistema solare o
geotermico di captazione dell’energia. Consentire allo studente di acquisire conoscenze per analisi
economiche e finanziarie semplificate per confrontare diverse soluzioni energetiche di tipo solare e
a pompa di calore geotermica con i sistemi tradizionali di conversione dell’energia.
Programma:
Inquadramento generale delle fonti di energia primarie e scenari futuri. Normativa RES. Le fonti di
energia rinnovabile nel mondo, in Europa ed in Italia: stato attuale, scenari futuri, costi attuali,
storici e proiezioni future, politiche di incentivazione, rinnovabili negli edifici ad alta efficienza.
L’utilizzo dell’energia solare per la produzione di energia termica e fotovoltaica: tecnologie,
soluzioni, criteri di progetto. Metodi per il calcolo del soleggiamento a terra e della frazione di
energia captabile. Collettori solari a bassa temperatura, sistemi a concentrazione, raffrescamento
solare. Celle e moduli fotovoltaici. Principi di funzionamento, calcolo dell’energia captata,
orientazione ottimale, connessioni alla rete elettrica. Sistemi solari ibridi per la produzione integrata
di calore ed energia elettrica.. Le risorse geotermiche ad alta e bassa temperatura. Pompe di calore
geotermiche, dimensionamento e considerazioni economiche. Analisi tempovariante del
comportamento degli scambiatori interrati. Le soluzioni SCI, SLI, SLF e g-function per la
simulazione dinamica degli scambiatori interrati verticali. Il metodo di calcolo Ashrae-UNI. Criteri
tecnico-economici per la valutazione della redditività degli investimenti rinnovabili.
Attività didattiche
Lezione
Esercitazione
ore previste
40
8
Riferimenti bibliografici
A. Duffie and W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley, 1991
S.Kalogirou, Solar energy engineering : processes and systems, Elsevier, 2009
D.Banks, An Introduction to Thermogeology: ground Source Heating and Cooling, 2nd Edition,
Wiley Blackwell, 2012
H. Christopher, H. Armstead, Geothermal Energy, Spon, 1979
M.J. Moran, H.N. Shapiro: Fundamentals of Engineering Thermodynamics, John Wiley and Sons,
Inc, 1988
A. Bejan, Heat Transfer, John Wiley and Sons, Inc, 1993
T. D. Eastop, D. R. Croft, Energy Efficiency for Engineers and Technologist, Longman, 1990
S.Basta, F.Minchio, Geotermia e Pompe di Calore, Hoepli Italia, 2007
L.R. Ingersoll, O.J. Zobel, and A.C. Ingersoll, Heat Conduction with Engineering, Geological, and
other Applications, McGraw-Hill, New York, 1954
Dispense e materiale didattico del Docente
Organizzazione del corso e modalità esame
Lezioni frontali, con svolgimento di esercizi in aula
Esame orale ed eventuale discussione elaborati scritti degli studenti (Student Report)
Solar and Geothermal Energy (2015)
Italian SSD scientific sector: ING/IND10
Teacher: Marco Fossa, A/Prof
Dept. of Mechanical Engineering (DIME), University of Genova –
Via all'Opera Pia 15a, 16145 Genova, Tel. 0103532198. Email:
[email protected], http://www.ditec.unige.it.
Credits: 6
Objectives and Abilities
The aim of the course is provide the students the engineering knowledge on renewable energies as a whole and
to the technologies and engineering methods to exploit the solar (thermal, photovoltaics) and low enthalpy
geothermal resources in the high efficiency building contest. The goals of this course are to provide the
students the capabilities related to modelling and design criteria definition, energy production estimation
analysis, national and international standard knowledge and application, basic economic and financial
investment analysis.
Program
Primary energy resources: world situation, history, future scenarios. Renewable energy exploitation in the
different countries and the Italian situation. Government programs and Italian laws. Solar energy:
characteristics, solar angles and their relationships, solar irradiance and irradiation outside the atmosphere and
at ground. Energy on tilted surfaces. Insolation data and correlations. Solar collectors, theory, efficiency
calculation, plane collectors and evacuated tube collectors. Solar plants for the production of domestic hot
water. Heat exchangers, plant configuration, the F-chart method. Solar cooling. Concentrators and high
temperature solar plants. Photovoltaic systems, principles, technologies, electrical arrangements, matching,
off-grid and connected systems, project criteria. Hybrid (PVT) systems. Energy from the earth: the geothermal
heat pumps, the ground heat exchangers, design criteria. Analytical solutions for the transient conduction in
the ground. ILS, ICS and g-function solutions for the transient conduction at ground-borefield level. Spatial and
temporal superposition applied to ground source heat pump problems. The Ashrae method for BHE design.
Computer aided design of solar and geothermal systems. Net present value analysis of solar and geothermal
heat pump plants.
Organisation and Examination
The course is based on theoretical lectures, solution of case problems and computer aided design of solar
systems.
Oral examination and discussion of student reports.
References
A. Duffie and W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley, 1991
S.Kalogirou, Solar energy engineering : processes and systems, Elsevier, 2009
D.Banks, An Introduction to Thermogeology: ground Source Heating and Cooling, 2nd Edition, Wiley Blackwell,
2012
H. Christopher, H. Armstead, Geothermal Energy, Spon, 1979
M.J. Moran, H.N. Shapiro: Fundamentals of Engineering Thermodynamics, John Wiley and Sons, Inc, 1988
A. Bejan, Heat Transfer, John Wiley and Sons, Inc, 1993
T. D. Eastop, D. R. Croft, Energy Efficiency for Engineers and Technologist, Longman, 1990
S.Basta, F.Minchio, Geotermia e Pompe di Calore, Hoepli Italia, 2007
L.R. Ingersoll, O.J. Zobel, and A.C. Ingersoll, Heat Conduction with Engineering, Geological, and other
Applications, McGraw-Hill, New York, 1954
Lecture notes of the teacher