..Presentazione..
Guardando il mondo si può dire che tutto si sviluppa mediante una
continua trasformazione di energia.
Il nostro corpo trasforma l’energia del cibo in tutte le forme necessarie alla
nostra vita, ma anche tutto ciò che ci circonda si basa sulla
trasformazione dell’energia.
Il sole è la fonte energetica più importante per la terra. La vita, in tutte le
sue forme, dipende dall’energia del sole, che rappresenta il punto di
partenza per le catene chimiche e biologiche sul nostro pianeta ed allo
stesso tempo costituisce la forma più pulita dal punto di vista ambientale.
Al centro del sole ha luogo un processo di fusione in cui due nuclei di
idrogeno si fondono in un nucleo di elio e questo crea energia luminosa e
radiante. L’energia così rilasciata viene irradiata nello spazio sotto forma
di onde elettromagnetiche. La terra che si trova a 143 Milioni di Km dal
Sole, riceve solo una piccola frazione di tale energia.
Per vedere, utilizziamo, lampadine che trasformano energia elettrica in
energia luminosa. Per scaldarci, una stufa trasforma energia chimica ( o
elettrica ) in energia termica. Per muoverci, trasformiamo l’energia
chimica della benzina in energia meccanica ossia in movimento.
1
La quantità di energia solare incidente sulla fascia esterna dell’atmosfera
terrestre nell’unità di tempo può considerarsi, costante. Questa potenza di
irraggiamento o intensità di radiazione, riferita ad una superficie di area
unitaria ( perpendicolare alla radiazione stessa ) viene detta Costante
Solare.
Il valore medio della costante solare è dato da Eo = 1,367 W/mq
Avere a disposizione energia ed usandola bene certamente migliora la
qualità della nostra Vita.
L’energia solare accumulata da piante e animali in molte complesse
trasformazioni di fissazione del carbonio, si è trasformata nelle ere passate
nei giacimenti fossili di petrolio, carbone e gas naturale. Questo sono fino
alla data odierna le nostre principali fonti di energia primaria, ossia prima
della trasformazione.
L’uso di quest’energia, accumulata in migliaia di anni da processi lentissimi e
non replicabili, genera preoccupazione perché, una volta terminata, il mondo
potrebbe trovarsi nella necessità impellente di cambiare la sua fonte di
energia. L’uso dei combustibili fossili, produce anidride carbonica che
immessa nell’atmosfera aumenta il naturale effetto serra della terra,
ampliando il flusso termico solare che riscalda la terra con conseguenza di
crisi ambientali.
Tra gli altri prodotti della combustione vi sono inquinanti vari, che peggiorano
la qualità dell’ambiente e generano problemi sanitari.
Vi è anche un problema politico di controllo dei giacimenti, una risorsa
strategica con al quale si possono influenzare le vite delle nazioni che ne
dipendono e che genera guerre con migliaia di morti.
2
Per evitare queste conseguenze si sta incrementando l’utilizzo dell’energia
alternativa.
Tra queste vi sono le fonti rinnovabili che si basano su fonti primarie derivanti
dall’energia solare, dall’energia termica contenuta all’interno della terra e
dall’energia gravitazionale accumulata dai movimenti dei pianeti.
Si sta cercando di utilizzare quanto più possibile:
01 ) L’energia solare, mediante l’utilizzo dei pannelli solari ( per riscaldamento
acqua) e fotovoltaici ( per produzione energia elettrica);
02 ) L’energia idroelettrica;
03 ) L’energia del vento;
04 ) L’energia delle onde marine;
05 ) L’energia delle biomasse.
Esistono altre fonti di produzioni di energia, come l’energia nucleare, che si
basa sull’energia contenuta sulla materia.
Oggi questo avviene mediante la fissione dell’uranio, con molti rischi dovuti
alla radioattività e con scorie inquinanti che non si sa come gestire.
La ricerca sta approfondendo anche il processo della fusione dell’idrogeno.
Altra fonte per la produzione dell’energia è il carbone, che però crea un
incremento dell’effetto serra in modo molto superiore a quello degli
idrocarburi a parità di energia prodotta.
Per abbassare l’effetto serra è stato concordato da alcuni stati, un protocollo
detto di Kyoto nel 1997 e successivamente aggiornato.
3
..Componenti dei sistemi solari
termici..
•
•
•
•
Come funziona un sistema solare termico
I collettori solari
1. I collettori non vetrati
2. I collettori sottovuoto
3. I vantaggi di un collettore a tubi sottovuoto
I serbatoi di accumulo di calore
1. Materiali impiegati nei serbatoi di accumulo
2. I serbatoi di accumulo per l’acqua ad uso sanitario
3. Scambiatori di calore e relativi collegamenti
4. La coibentazione del serbatoio di accumulo
5. I sensori per la termoregolazione del sistema
6.Alcune soluzioni specifiche
Circuito solare
1. Le pompe solari (circolanti)
2. Scambiatore di calore del sistema solare
3. Valvole di sfiato dell’aria
4. Dispositivi di sicurezza e valvole di sicurezza
5. Vaso di espansione a membrana
4
..come funziona un sistema solare
termico..
Il collettore solare converte la luce in
calore che penetrano al suo interno
attraverso la copertura trasparente. I
raggi solari vengono convertiti in
calore da una piastra metallica. La
piastra trasferisce il calore assorbito
ad un sistema di canali contenenti un
fluido termovettore che assorbe il
calore e, lo trasferisce attraverso uno
scambiatore di calore ad un secondo
fluido contenuto in un serbatoio di
accumulo.
Dopo aver ceduto il calore, i fluido termovettore raffreddato ritorna al
collettore attraverso il circuito idraulico di ritorno, mentre l’acqua calda
ad uso sanitario, si dispone negli strati più alti del serbatoio di accumulo.
L’acqua si stratifica nel serbatoio secondo la sua densità e la sua
temperatura. Nella maggior parte dei sistemi solari termici, il fluido
termovettore è costituito da una miscela antigelo di acqua e glicole che
viene fatta circolare in un circuito chiuso. Tale sistema viene denominato
sistema a circuito chiuso. La produttività di un impianto solare di piccola
taglia, consente di ottenere mediante una copertura del fabbisogno
annuale di circa il 70%. Il restante 30% deve essere fornito tramite un
impianto di riscaldamento ausiliario di tipo tradizionale.
5
..i collettori solari..
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Il compito dei collettori solari
La piastra captante
L’isolamento termico
La scatola di contenimento e la copertura di vetro
Le guarnizioni
I pozzetti per i sensori
I flussi di energia in un collettore solare
Alcuni valori numerici di riferimento
Vantaggi di un collettore solare piano
Limiti di un collettore solare piano
Altre tipologie di collettori solari
6
..il compito dei collettori solari..
•
•
•
I collettori hanno il compito di
convertire la luce in calore e
trasferire questo calore al sistema
a valle cercando di ridurre al
minimo le perdite termiche. Per
quanto riguarda la
caratterizzazione delle proprietà
costruttive di un collettore solare,
le grandezze alle quali si fa
riferimento sono:
L’area della superficie lorda
calcolabile come prodotto delle
dimensioni esterne del collettore;
L’area della superficie di ingresso
della luce del collettore pari
all’area attraverso la quale filtra la
radiazione solare;
La superficie della piastra
captante corrispondente all’area
della superficie captante
7
..i collettori piani..
I collettori sono costituiti da una piastra captante
metallica alloggiata in una scatola di contenimento
generalmente di forma rettangolare. Il collettore piano
è termicamente isolato sul fondo e sui lati, ed è dotato
di una copertura trasparente sulla superficie esposta al
sole. Lungo i due lati sono presenti due raccordi per i
tubi di mandata e di ritorno del circuito idraulico
primario.
..la piastra captante..
Il principale componente di un collettore piano è la piastra captante che è costituita
generalmente da una lastra metallica con buona conducibilità termica, che viene trattata con
apposite vernici di colore nero e sulla quale vengono saldati, inseriti o aggraffati dei tubi nei
quali scorre il fluido termovettore. Quando la radiazione investe la piastra captante una parte
di essa viene assorbita ed una parte viene riflessa. La radiazione captata riscalda la lastra e
i tubi che contengono il fluido termovettore. Esso a sua volta assorbe il calore e lo trasporta
fino al serbatoio di accumulo. I trattamenti selettivi più comuni sono realizzati in cromo e
nickel nero. Se la piastra captante è realizzata in rame e la connessione con i tubi eseguita
al meglio, la trasmissione del calore tra la piastra ed i tubi nei quali scorre il fluido è
massima. Riducendo la massa di acqua da riscaldare si ottiene una più rapida reazione del
sistema alle continue variazioni dell’irraggiamento e un miglioramento del rendimento
energetico del sistema. Le piastre con canalizzazione sono caratterizzate da una quantità di
8
fluido per unità di superficie minore rispetto a quelle a “libera circolazione del fluido”.
..l’isolamento termico..
Per ridurre le perdite di calore verso l’esterno per
conduzione termica le pareti della scatola di
contenimento sono interamente coibentate.
Spesso vengono usate lastre in poliuretano
espanso rigido senza CFC (cloro fluoro carburi)
che, oltre all’isolamento termico, consentono di
rafforzare il telaio del collettore. Poiché queste
lastre non resistono a temperature superiori ai
130°C è necessario proteggerli con uno strato di isolante in fibre minerale sul lato
esposto verso la piastra captante. Per ridurre le perdite per convenzione può
essere inserita una lastra, tra la piastra captante e la lastra di vetro, Teflon ed
Hostaflon. Talvolta, invece, vengono inseriti sotto la copertura di vetro dei materiali
isolanti trasparenti.
.. La scatola di contenimento e la copertura di vetro..
La piastra captante e l’isolamento termico vengono alloggiati in una scatola di contenimento
protetta nella parte superiore con una copertura che consente la trasmissione della luce e
agevola il cosiddetto effetto serra. Una buona copertura trasparente di noma deve avere le
seguenti caratteristiche:
• Elevata trasparenza alla luce durante tutto il ciclo di vita del collettore;
• Basso coefficiente di riflessione;
• Resistenza ai carichi meccanici;
• Non deve favorire le dispersioni termiche per convenzione dovute alla ventilazione esterna;
• Deve proteggere il collettore dall’umidità.
9
..le guarnizioni..
Le guarnizioni impediscono l’ingresso di acqua, polvere ed insetti all’interno del
collettore. Le guarnizioni poste tra la lastra di vetro e la scatola di contenimento sono
costituite da gomma siliconica, mentre la parete posteriore viene sigillata al telaio con
silicone. Le guarnizioni per le tubazioni sono realizzate a base di silicone oppure in
fluoro-caucciù.
..i pozzetti per i sensori..
La maggior parte dei collettori piani vengono muniti di sonde per la rilevazione della
temperatura. Il sensore deve essere posizionato nel collettore in corrispondenza della
mandata e collegato al sistema di regolazione. In alcuni casi, il sensore viene posizionato
direttamente sulla piastra captante già in fase di fabbricazione ed assemblaggio.
..i flussi di energia in un collettore solare..
La radiazione solare colpisce la copertura di vetro; una piccola parte della radiazione viene
riflessa ed assorbita dalla copertura trasparente; la piastra captante non assorbe tutta la
restante radiazione trasformandola in calore utile, ma in parte la riflette ed in parte
disperde il calore per convenzione, conduzione e irraggiamento verso l’esterno. La
copertura trasparente, da un lato, impedisce che la radiazione riflessa dalla piastra si
disperda nuovamente verso l’esterno favorendo l’effetto serra e, dall’altro, limita la
dispersione del calore che la piastra rilascia verso l’esterno per convenzione.
10
..alcuni valori numerici di
rifermento..
•
•
•
Il costo di un impianto solare
con collettori piani si può fare
rifermento ai seguenti valori:
Costo del collettore
Costi totale del sistema
solare
Costi di un impianto solare
per una famiglia di 4
persone.
..limiti di un collettore solare
piano..
..vantaggi di un collettore
solare piano..
• è affidabile e richiede scarsa
manutenzione
• il rapporto costo/prestazioni è
buono
• è più economico di un collettore
sottovuoto, con prestazioni
mediamente inferiori ma competitive
• facilità di assemblaggio e costi di
installazione contenuti
• offre diverse possibilità di
montaggio.
• non è adatto per la produzione di calore a temperature molto elevate
• presenta una minore efficienza rispetto ai collettori sottovuoto in quanto il
valore di K è più alto
• richiede uno spazio maggiore sul tetto rispetto ai collettori sottovuoto
• è necessario un sistema di supporto per il montaggio sui tetti piani.
11
..Altre tipologie di collettori solari..
•
•
•
•
•
•
•
•
I sistemi fotovoltaici con recupero del calore
Collettore ad accumulo integrato
I collettori non vetrati
I vantaggi di un collettore non vetrato
I limiti di un collettore non vetrato
I collettori sottovuoto
1. i collettori a tubi evacuati
2. i vantaggi di un collettore a tubi sottovuoto
I serbatoi di accumulo di calore
1. materiali impiegati nei serbatoi di accumulo
2. i serbatoi di accumulo per l’acqua ad uso sanitario
3. scambiatori di calore e relativi collegamenti
4. la coibentazione del serbatoio di accumulo
5. i sensori per la termoregolazione del sistema
6. alcune soluzioni specifiche
Circuito solare
1. le pompe solari
2. scambiatore di calore del sistema solare
3. valvole di sfiato dell’aria
4. dispositivi di sicurezza nel circuito solare
5. valvole di sicurezza
6. vaso di espansione a membrana
12
Energie
alternative…
…La salvezza del nostro
pianeta! Note e nostre
riflessioni sul fotovoltaico
13
Il Sole: una fonte di
“ENERGIA”
• Il sole è la fonte energetica più importante
per la terra, infatti la vita dipende
dall’energia del sole.
• Al centro del sole ha luogo un processo di
fusione in cui due nuclei di idrogeno si
fondono in un nucleo di elio. Essendo la
terra distante dal sole 143'000'000 di
chilometri dal sole ne riceve solo una
piccola frazione.
• Malgrado ciò il Sole offre in 15 minuti
l’energia che l’uomo usa in un anno.
14
Secondo un recente sondaggio, più del
60% degli italiani associa il solare a
un pannello per riscaldare acqua…
… Ciò invece è molto sbagliato!
Esistono anche dei pannelli che
sfruttano l’energia solare per
produrre energia elettrica, da
sfruttare per scopi domestici
15
Cos’e l’effetto fotovoltaico?
L’effetto fotovoltaico fu scoperto per la prima volta
intorno al 1860 e l’elemento più conosciuto è il silicio.
Quando un raggio luminoso colpisce uno strato di tale
materiale, le particelle di energia che compongono il
raggio, trasferiscono la loro energia agli elettroni del
materiale che immediatamente cominciano a
muoversi in una direzione creando una corrente
elettrica continua.
16
• La cella fotovoltaica è l’elemento base di un
sistema fotovoltaico perché in essa avviene la
conversione della radiazione solare in energia
elettrica. La conversione fotovoltaica si ottiene
sfruttando la giunzione al semiconduttore la
quale nel caso del silicio è realizzata ponendo a
contatto due cristalli uno dei quali contiene atomi
trivalenti, mentre l’altro contiene atomi
pentavalenti. Il contatto diretto dei due cristalli
tende a far fluire gli elettroni, formando una
regione detta di carica spaziale nella quale le
lacune sono colmate dagli elettroni.
17
..Diversi tipi di celle
fotovoltaiche..
A seconda del processo di produzione, si distinguono i seguenti tipi di celle
fotovoltaiche:
- celle monocristalline, prodotte tagliando una
barra di silicio monocristallino, che
presentano un alto rendimento ed un costo
più elevato;
- celle policristalline, colate in blocchi e poi
tagliate a dischetti, di minor rendimento e prezzo;
- celle amorfe, prodotte mediante spruzzamento
catodico di atomi di silicio su una piastra di vetro,
di rendimento e costo minore rispetto alle
precedenti.
18
Ecco lo schema del funzionamento di
un pannello fotovoltaico:
19
• L’inverter è il componente che interfaccia il
generatore FV al carico o alla rete in corrente
alternata. Ha il compito di trasformare la
corrente alternata in corrente continua.
• Vi sono diversi tipi di inverter, che dipendono dal
loro utilizzo, si hanno inverter sia per sistemi
stand-alone e anche per sistemi grid-connected.
Vi è una differenziazione notevole fra i due; i
primi immettono tutta l’energia prodotta in rete,
mentre i secondi alimentano prima i carichi
domestici, e poi immettono l’energia residuale in
20
rete.
Gli inverter di ultima
generazione sono in grado di:
• Convertire la corrente continua in alternata
e sincronizzarla alla rete,
• Di variare il punto di funzionamento in
accordo con lo spostamento del MMP del
generatore
• Di visualizzare e memorizzare le
condizioni di funzionamento.
21
ANALISI SEMPLIFICATA DEI COSTI E DEI RICAVI PER UN
IMPIANTO FOTOVOLTAICO RESIDENZIALE INTEGRATO
ARCHITETTONICAMENTE DA 3,15 kWp a Palermo
• Esempio di un impianto fotovoltaico residenziale integrato
architettonicamente da 3,15 KWp a Palermo.
• In regime di scambio sul posto.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Costo chiavi in mano ( stima): 18.000 € +IVA=
19.800 €
Producibilità totale annua a Palermo = 5387 KWp
Guadagno annuo dalla vendita dell’energia
del KWh FV (5387*0.49 €=
=
2639,63 €
Risparmio annuale sul costo evitato dall’energia: 5387*0,18= 969,66 €
Vantaggio economico totale annuale (2639,63+969,66)
= 3609,29 €
Tempo totale di ammortamento dell’impianto
(19800/3609,29)= (in sicurezza per tener conto di imprevisti ed approssimazioni) circa 7 anni
Tasso di redditività dell’impianto
15,20%
22
ANALISI SEMPLIFICATA DEI COSTI E DEI RICAVI PER UN
IMPIANTO FOTOVOLTAICO RESIDENZIALE INTEGRATO
ARCHITETTONICAMENTE DA 3,15 kWp a Palermo
• Esempio di un impianto fotovoltaico residenziale parzialmente
integrato da 3,15 KWp a Palermo In regime di scambio sul posto.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Costo chiavi in mano ( stima): 18.000 € +IVA=
19.800 €
Producibilità totale annua a Palermo = 5387 KWp
Guadagno annuo dalla vendita dell’energia
del KWh FV (4.494*0.44 €=
=
2370,28 €
Risparmio annuale sul costo evitato dall’energia: 5387x0,18= 969,66 €
Vantaggio economico totale annuale (2370,28+969,66)
= 3339.94 €
Tempo totale di ammortamento dell’impianto
(19800/3339,94)=(in sicurezza per tener conto di imprevisti ed approssimazioni ) = 7,5 anni
Tasso di redditività dell’impianto
14,00%
23
ANALISI SEMPLIFICATA DEI COSTI E DEI RICAVI PER UN
IMPIANTO FOTOVOLTAICO RESIDENZIALE INTEGRATO
ARCHITETTONICAMENTE DA 3,15 kWp a Palermo
• Esempio di un impianto fotovoltaico residenziale non integrato da
3,15 KWp a Palermo In regime di scambio sul posto.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Costo chiavi in mano ( stima): 18.000 € +IVA=
19.800 €
Producibilità totale annua a Palermo = 5387 KWp
Guadagno annuo dalla vendita dell’energia
del KWh FV (5387*0.40 €=
=
2157,80 €
Risparmio annuale sul costo evitato dall’energia:4494x0,18= 969,66 €
Vantaggio economico totale annuale (2157,80+969,66) = 3127,46 €
Tempo totale di ammortamento dell’impianto
(19800/3127,46)=(in sicurezza per tener conto di imprevisti ed approssimazioni )
= 8 anni
Tasso di redditività dell’impianto
13,10%
24
..sistemi fotovoltaici con
recupero di calore..
Questi sistemi si ottengono come combinazione
dei sistemi fotovoltaici, utilizzati per la conversione
diretta della radiazione solare in energia elettrica,
con i sistemi solari di tipo termico. Come fluido
termovettore possono utilizzare acqua o aria.
Questi sistemi sono ancora in fase di studio.
Pannello fotovoltaico presente nel nostro
Istituto Tecnico Industriale E.Majorana di
Milazzo
..collettore ad accumulo integrato..
In questo caso il collettore funge anche da serbatoio di
accumulo dell’acqua. La piastra serbante captante è
costituita da tubi di grosso diametro o da contenitori di
varia forma verniciati di nero, nei quali circola la stessa
acqua che poi viene utilizzata dall’utenza finale. Qualora la
temperatura invernale dovesse scendere sotto lo zero è
necessario svuotare il collettore per evitare che l’acqua in
esso contenuta congeli e comprometta il buon
funzionamento del sistema solare. È possibile ridurre il
rischio che si verifichi tale inconveniente inserendo una
25 di
lastra di materiale isolante trasparente sotto la copertura
vetro.
Il sole emette raggi
solari
La corrente prodotta
dai pannelli
fotovoltaici viene
utilizzata per
alimentare le
industrie
lo sai che con
l’utilizzo di
pannelli
fotovoltaici
produci la
stessa quantità
d’energia
riducendo
l’inquinamento
Questi sono
catturati dai
pannelli
fotovoltaici che li
trasformano in
energia elettrica
Tutto ciò migliora la
condizione di vita
poiché l’energia
prodotta è di uguale
entità
Si. Solo cosi ai
nostri Figli,
potremo
lasciare un
MONDO
MIGLIORE
RISPETTO A
QUELLO CHE
ABBIAMO
RICEVUTO
26
27
..i collettori non vetrati..
Questo tipo di collettore è costituito
dalla sola piastra captante
generalmente in polipropilene e può
essere utilizzato per diverse
applicazioni. La semplicità costruttiva
di questo collettore solare piano fa si
che il costo sia inferiore a quello di
un collettore solare piano e lo rende
molto interessante per allocazioni
marcatamente estive.
I vantaggi di un collettore non vetrato:
• ha tempi di ritorno economico molto contenuti
• può essere installato sul tetto in sostituzione al tradizionale rivestimento esterno
• si adatta facilmente alle più svariate forme di tetto e può essere facilmente
montato su superfici curve
• rappresenta una migliore soluzione estetica per i tetti in lamierino rispetto ai
collettori vetrati.
I limiti di un collettore non vetrato:
• è adatto solamente ad utenze estive.
28
..i collettori sottovuoto..
..collettori a tubi evacuati..
Per ridurre le dispersioni di calore tipiche di un collettore solare e migliorarne
l’efficienza, nei collettori sottovuoto viene praticato “il vuoto” tra la copertura
vetrata e la piastra captante. I collettori evacuati sono costituiti da una serie di
tubi in vetro sottovuoto nei quali è alloggiata la piastra captante. Riguardo ai
collettori sottovuoto si hanno diverse tipologie costruttive. I collettori a tubi
evacuati possono essere dotati di una lamina metallica piana o curva che
percorre orizzontalmente il cilindro di vetro e che funge da piastra captante,
oppure da un rivestimento selettivo depositato su un bulbo di vetro, a sua volta
inserito nel cilindro di vetro nel quale è stato realizzato il vuoto.
Un collettore a tubi evacuati è costituito
da una sequenza di tubi collegati tra
loro in parallelo, in corrispondenza
dell’estremità superiore, grazie ad un
condotto di raccolta nel quale scorre il
fluido termovettore. I tubi vengono poi
fissati, in corrispondenza dell’estremità
inferiore, ad un apposito supporto.
29
..I vantaggi di un collettore a tubi sottovuoto..
•
•
•
•
•
•
mantiene un’elevata efficienza anche in presenza di elevate differenze di
temperatura tra la piastra captante e l’ambiente circostante
mantiene un’elevata efficienza anche in condizioni di irraggiamento
contenuto
consente di riscaldare il fluido di lavoro fino ad elevate temperature, ed è
quindi utilizzabile anche come impianto per il riscaldamento ed il
condizionamento degli ambienti, e per la generazione di vapore
è facilmente trasportabile in qualunque sito debba essere installato
può essere facilmente orientato verso il sole anche in fase di assemblaggio
ruotando i tubi di modo che le lamine che fungono da piastra captante siano
perpendicolari alla direzione della radiazione solare
nel caso di collettori sottovuoto a circolazione
..I serbatoi di accumulo di calore..
La fonte solare è aleatorio è discontinua: accade frequentemente
che produzione e richiesta di energia non siano in fase. Nel caso
dei sistemi solare termici è necessario prevedere un sistema di
accumulo per immagazzinare il calore e renderlo disponibile per
quando serve.
30
..materiali impiegati nei serbatoi di
accumulo..
I serbatoi pressurizzati sono realizzati in acciaio inossidabili , oppure con
rivestimenti in plastica. I serbatoi di accumulo in acciaio inossidabile sono
più leggeri e duraturi, ma sono più costosi rispetto ai serbatoi in acciaio
smaltato. Tuttavia l’acciaio inossidabile viene aggredito più facilmente
dall’acqua ad alto contenuto di cloro, per ridurre i rischi di corrosione,
questo tipo di serbatoio è provvisto di un anodo in magnesio che deve
essere periodicamente sostituito. Questo tipo di sistema di accumulo
sopporta temperature non superiori agli 80°C.
..i serbatoi di accumulo per l’acqua
ad uso sanitario..
In questo dispositivo di accumulo sono presenti due scambiatori di calore:
lo scambiatore solare, che consente lo scambio termico tra il fluido
termovettore che circola nel circuito solare e il fluido nel serbatoio, e lo
scambiatore supplementare per il trasferimento di calore dal sistema di
riscaldamento integrativo (es. caldaia) al fluido accumulato nel serbatoio.
Nella zona bassa dell’accumulo viene realizzato un collegamento alla
parte idrica per l’approvvigionamento di acqua fredda. La pressione
operativa nei serbatoi pressurizzati è di 4-6 bar.
31
.. scambiatori di calore e relativi collegamenti..
Lo scambiatore di calore del
circuito solare deve essere
posizionato nella parte più
bassa del serbatoio, in modo
che lo scambio termico possa
interessare il volume d’acqua
che occupa il fondo del
serbatoio. Lo scambiatore di
calore viene posizionato nella
parte superiore del serbatoio in
modo tale da assicurare un
riscaldamento rapido del volume
di acqua in temperatura senza
causare un aumento della
temperatura nella parte bassa
del serbatoio. Questa
disposizione fa sì che lo
scambio termico nella parte
inferiore dell’accumulo avvenga
con massima efficienza anche
quando il fluido del circuito
solare non raggiunge
temperature elevate.
32
..la coibentazione del serbatoio di
accumulo..
L’isolamento del serbatoio ha la funzione di ridurre al minimo le dispersioni di
calore verso l’esterno. Affinché sia efficace, e necessario: avere uno
spessore di 10 cm sulle pareti e di 15 cm in corrispondenza della superficie
superiore. Al fine di contenere queste perdite è molto importante assicurarsi
che il rivestimento termico sia sigillato ermeticamente in corrispondenza dei
raccordi e delle flange. I rivestimenti termici commercializzati sono di tipo
flessibile e rigido.
..i sensori per la termoregolazione..
La termoregolazione del sistema solare e del dispositivo di riscaldamento
ausiliario avviene tramite dei sensori per la rilevazione della temperatura
in diversi punti del serbatoio, tra cui il serbatoio di accumulo. Il sensore di
temperatura impiegato per il controllo della pompa del circuito solare sarà
collocato all’altezza dello scambiatore solare. Il sensore per la regolazione
del sistema di riscaldamento ausiliario comunica invece alla centralina il
livello di temperatura raggiunto nel serbatoio.
33
..Alcune soluzioni specifiche..
Serbatoio tampone
Questo tipo di accumulo può essere realizzato in
acciaio oppure in plastica, ed è utilizzato
prevalentemente per il riscaldamento degli
ambienti. In questo caso,il fluido contenuto nel
serbatoio di accumulo viene prelevato, riscaldato
in caldaia e rimesso nel serbatoio.
Serbatoio di accumulo “tank in tank”
Gli impianti solari combinati sono utilizzati congiuntamente
per la produzione di acqua calda sanitaria e per il
riscaldamento degli ambienti. Questi sistemi si avvalgono
spesso di serbatoi di accumulo di tipo tank in tank, che si
compongono di un serbatoio tampone entro cui è alloggiato
un serbatoio per l’acqua potabile che riceve calore
attraverso la propria parete dal fluido contenuto nel
serbatoio più esterno. Il serbatoio per l’acqua è posizionato
nella parte alta del serbatoio tampone che viene mantenuta
in temperatura mediante l’ausilio di un sistema di
riscaldamento integrativo. Nella zona bassa del serbatoio
tampone è invece collocato lo scambiatore di calore solare.
34
..Serbatoio di accumulo a stratificazione..
Per poter estrarre acqua calda è stato ideato un
sistema di riempimento stratificato per serbatoi di
accumulo con volume > 300 litri, dotato di un
dispositivo di autoregolazione che assicura
l’introduzione disuniforme dell’acqua riscaldata.
Questo sistema consente di introdurre acqua nel
serbatoio all’altezza dello strato che si trova alla
stessa temperatura del fluido in ingresso. I
serbatoi di accumulo stratificati vengono utilizzati
per il solo riscaldamento dell’acqua sanitaria
mediante fonte solare.
35
..Il circuito solare..
•
•
•
•
•
•
Il circuito solare, di collegamento tra il
collegamento ed il serbatoio d’accumulo, è
composto dai seguenti elementi:
le condutture: hanno la funzione di collegare
i collettori con il serbatoio di accumulo
il fluido solare: è il fluido di lavoro che
trasporta il calore dal collettore al serbatoio
di accumulo
la pompa solare: garantisce la circolazione
del fluido all’interni del circuito
lo scambiatore di calore del circuito solare: è
il mezzo grazie al quale il calore passa dal
fluido di lavoro all’acqua ad uso sanitario
gli elementi di raccordo e le attrezzature per
il riempimento, lo svuotamento e lo scarico
il sistema di sicurezza:il vaso d’espansione
e la valvola di sicurezza preservano il
sistema dal rischio di guasto derivante
dall’aumento di volume del fluido nel circuito
al crescere dalla temperatura.
36
..le pompe solari..
Le pompe specifiche per gli impianti solari
attualmente in commercio hanno un ampio
range di potenze il che permette, con l’uso di
regolatori, di selezionare la portata volumetrica
in modo da produrre una differenza di
temperatura tra le linee di alimentazione e di
ritorno tra gli 8 ed 12°C. questa condizione
dovrebbe verificarsi in modo da poter
aumentare o ridurre la prestazione della pompa
secondo le esigenze.
37
..Scambiatore di calore del sistema solare..
Gli scambiatori servono per trasferire il calore
all’acqua nei sistemi a doppio circuito.
Si distinguono in: interni ed esterni.
GLI SCAMBIATORI INTERNI
Un esempio di scambiatore interno è un tubo
semplice. Questi vengono montati nei
serbatoi già in fase di produzione. I
collegamenti al circuito solare vanno
realizzati in modo tale che il flusso termico
vada verso il basso per facilitare lo scambio
termico.
GLI SCAMBIATORI ESTERNI
Gli scambiatori di calore esterno sono del tipo
a piastra o tubolari e il loro isolamento
avviene mediante camicie termoisolanti
prefabbricati. I due fluidi “ vettore termico” e “
acqua potabile o di riscaldamento” scorrono
l’uno accanto all’altro in controcorrente.
I vantaggi sono:
• la capacità di trasmissione del calore è maggiore rispetto a quelli interni;
• è difficile riscontrare una diminuzione della prestazione dovuta alla formazione del calcare;
• è possibile riempire diversi serbato idi accumulo con un solo scambiatore di calore.
Gli svantaggi invece sono:
• sono molto più costosi rispetto all’altro tipo si scambiatore;
• è necessario una pompa supplementare sul lato secondario dello scambiatore.
Questi ultimi vengono utilizzati negli impianti di grossa taglia.
38
..valvola di sfiato dell’aria..
Nel punto più alto del sistema solare è necessario prevedere
uno sfiato dell’aria,mediante una valvola jolly.
La valvola di sfiato dell’aria, necessaria per poter fare uscire
l’aria dal circuito solare,deve resistere all’azione corrosiva della
miscela di acqua ed a temperatura di 150° C.
Durante il funzionamento dell’impianto le valvole devono essere
chiuse per evitare che durante il ristagno il fluido possa
fuoriuscire attraverso la valvola di sfiato.
..dispositivi di sicurezza
nel circuito solare..
È possibile ottenere la sicurezza
dimensionando in modo adeguato tutti i
dispositivi di sicurezza nel circuito solare.
39
..valvole di sicurezza..
La valvola di sicurezza è un dispositivo automatico avente un
ingresso ed uno scarico, ed il cui scopo è quello di impedire che
un impianto, contenente liquidi o gas/vapori, possa essere
sottoposto ad una pressione pericolosa.
..vaso di espansione a membrana..
Il vaso di espansione è un contenitore metallico incassato; al centro una
membrana espandibile separa i due vettori termici in modo flessibile. Il vaso è
collegato al sistema da tubi del collettore in modo da non poter essere tagliato
fuori e quindi assorbe le variazioni di volume dovute ai cambiamenti di temperatura
del fluido solare. Se il serbatoio di espansione è progettato per una raccolta
supplementare del contenuto del collettore il sistema viene detto intrinsecamente
sicuro.
È importante che la membrana sia resistente al glicole, ma poiché non è sempre
possibile nei sistemi solari termici vengono utilizzati speciale vasi di espansione.
40
L’energia proveniente da fonti rinnovabili è una piccola quantità.
COME MAI NON SI INVESTE DI PIU’ IN RICERCA PER AUMENTARE
IL SUO UTILIZZO??
Centrali
idroelettrich
e
Pannelli
fotovoltaici
Centrali
eoliche
41
..Elementi da annotare durante il
sopralluogo..
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Rilevamento della presenza di corpi potenzialmente ombreggianti nei
dintorni della zona individuata per l’istallazione
Individuazione della libertà di movimento per il posizionamento ottimale dei
collettori
Verifica della presenza di spazi sufficienti per l’accesso alla zona dei
collettori e altri eventuali dispositivi.
Verifica dell’assenza di antenne o dispositivi analoghi che potrebbero
provocare la concentrazione di escrementi di uccelli sugli elementi
sottostanti.
Individuazione del percorso più breve per il raggiungimento del serbatoio di
accumulo.
Verifica della presenza di eventuali vincoli dell’edificio.
Riempimento minuzioso della lista di controllo del sopralluogo.
Verifica della necessità di dispositivi speciali per l’istallazione.
Analisi degli oneri di sicurezza.
Individuazione della tipologia di istallazione dei collettori.
Individuazione del tipo di professionista/ ditta da coinvolgere per eventuali
lavori contestuali all’istallazione.
Il tetto è calpestabile?
42
• La terrazza o la copertura sono calpestabili?
• Qual è la maniera migliore per istallare i circuiti idraulici garantendo
un buon isolamento termici?
• Esiste un accumulo centralizzato di acqua calda sanitaria?
• Quale tipo di sistema di riscaldamento dell’acqua è presente?
• Le dimensioni del serbatoio di accumulo solare sono compatibili con
il percorso da fare fino al locale che dovrà ospitarlo?
• Nel locale individuato per il serbatoio, è presente una bocchetta per
le acque di scolo?
43
..Dimensionamento di un impianto solare per la produzione
di acqua calda sanitaria..
OBIETTIVI
•
•
•
•
•
•
a) Coprire il 100% del fabbisogno di ACS nei mesi più caldi ( da giugno a
settembre)
b) In questi mesi non utilizzare la caldaia con un duplice vantaggio, il
risparmio dei consumi energetici ed una maggiore durata della caldaia;
c ) Risparmiare per il riscaldamento dell’acqua calda, ammortizzando
l’investimento per la fornitura ed installazione dell’impianto solare in tempi
brevi, in modo da avere negli anni successivi, acqua calda GRATIS;
d ) Utilizzare la possibilità offerta dallo Stato Italiano di decurtare il 55%
della spesa sostenuta dal pagamento delle tasse dovute, in modo da
ammortizzare l’impianto in meno anni possibili e successivamente avere
acqua calda GRATIS;
e ) Essendo Messina molto soleggiata, rispetto ad altre realtà dell’Italia
questo avviene in meno anni che in altre Regioni.
f) Per chi svolge un’attività produttiva, dopo l’ammortamento
dell’impianto questo significa avere molto meno costi di gestione,
dunque poter abbassare i prezzi o migliorare l’offerta, diventando più
concorrenziali e dunque con possibilità di aumentare il reddito,
l’occupazione e salvaguardando l’occupazione. ( esempio Alberghi
che possono migliorare l’offerta o abbassare i prezzi vuol dire
aumentare il turismo, dunque aumentare i flussi economici in questa
realtà tanto sofferente)
44
B ) FATTORE DI COPERTURA SOLARE
Il fattore di copertura solare (Fs) è definito dal rapporto fra
l’energia utile ottenuta dall’impianto solare ( Qus) e la richiesta
totale di energia termica per la produzione di ACS in un certo
periodo di tempo ( generalmente un anno) (Qet).
• Qet= Energia termica utile da fonte solare in KWh ( Qus)+
Energia termica utile da fonte convenzionale integrativa in KWh,
( Qtr).
• Fs= Qus/Qet*100
• FS= fattore di copertura solare (%)
• Qus= energia termica utile da fonte solare ( KWh)
• Qtr = energia termica da fonte convenzionale integrativa (KWh)
Maggiore è il fattore di copertura solare, minore è il fabbisogno di
risorse fossili consumate annualmente.
45
..efficienza del sistema..
L’efficienza del sistema rappresenta la quantità di energia fornita all’utenza
rispetto all’ energia incidente sulla superficie coptante entrambe calcolate
nel medesimo periodo di tempo, un anno.
nsis = [( Qus/(E * A)] * 100
nsis = efficienza complessiva del sistema [%]
Qus = energia termica fornita all’utenza da fonte solare [ KWh/a]
E = radiazione solare annua
A = superficie captante
Se il fattore di copertura solare viene portato oltre i valori consigliati tramite
l’aumento della superficie captante, l’efficienza complessiva del sistema
inizia a decrescere e, di conseguenza, ogni KWh guadagnato diviene più
costoso.
Il valore della superficie captante in condizioni di insolazione ottimale sarà
pari a 3 / 3.5 m²
46
..dimensionamento di massima della
superficie captante..
Un valore ottimale per il fattore di copertura solare può essere
ottenuto a partire dalle seguenti condizioni:
• fabbisogno medio di ACS
• Posizionamento che non si discosti eccessivamente da quello
ottimale per le latitudini italiane.
• Ombreggiamento assente o ridotto al minimo.
..Calcolo dettagliato dei singoli
componenti..
Il consumo di acqua calda sanitaria del nucleo abitativo di cui si vuole
progettare il sistema rappresenta un elemento chiave per la progettazione
dell’impianto.
Se non dovesse essere disponibile una misurazione affidabile, questo
valore deve essere calcolato in maniera il più possibile precisa. durante la
fase di osservazione delle abitudini delle utenze è importante individuare
eventuali possibilità per la riduzione dei consumi.
47
A seconda delle abitudini e delle caratteristiche degli impianti di cui
sono dotati gli utenti, si possono avere dei valori di riferimento:
• Basso consumo: 30/40 litri/ giorno persona
• Medio consumo: 40/60 litri/giorno persona
• Alto consumo: 60/80 litri/ giorno persona
Il fabbisogno di energia termica Qn può essere determinato a
partire dal fabbisogno di acqua calda sanitaria Cu a partire da
questa relazione:
Qn = Cu*Cp *∆T
Cp= calore specifico dell’acqua ( 1,16 Wh/Kg °C)
∆T= differenza di temperatura tra acqua calda all’utenza ed acqua di
rete
..FINE..
48
..L’EFFETTO SERRA..
•
•
•
•
•
•
L’effetto serra
Perché si parla di effetto serra
I gas serra
Cosa si può fare per ridurre l’effetto serra
Perché l’effetto serra è pericoloso
Cause e conseguenze
49
..L’effetto serra..
L’effetto serra è un fenomeno senza il quale la vita sarebbe
impossibile. Questo fenomeno consiste in un riscaldamento del
pianeta per effetto dei gas serra,presenti nell’aria a concentrazioni
relativamente basse (anidride carbonica, vapor acqueo, metano, ecc.).
Questi permettono alle radiazioni solari di passare attraverso
l’atmosfera e impediscono il passaggio,di alcune radiazioni infrarosse
verso lo spazio provenienti dalla superficie della Terra. Questo
processo è sempre avvenuto naturalmente e fa sì che la temperatura
della Terra sia circa 33°C più calda di quanto lo sarebbe senza la
presenza di questi gas. Ora, si ritiene che il clima della Terra sia
destinato a cambiare perché le attività umane stanno alterando la
composizione chimica dell’atmosfera. Le enormi emissioni
antropogeniche di gas serra stanno causando un aumento della
temperatura terrestre determinando, di conseguenza, dei profondi
mutamenti a carico del clima sia a livello planetario che locale.
L’utilizzo dei combustibili fossili e la deforestazione contribuiscono al
cambiamento nella composizione atmosferica.
.
50
Questo grafico rappresenta la
variazione delle temperature
medie annuali in superficie nel
corso degli anni 1880-2007. La
linea dello zero rappresenta
la media di tutte le temperature,
mentre le barre rosse e blu
indicano gli scostamenti da
tale media.
Come si può vedere, c'è un
chiaro trend di crescita.
Le temperature riferite alle terre
emerse presentano degli
scostamenti maggiori di quelle
degli oceani perché le terre si
riscaldano e si raffreddano
più velocemente delle acque.
51
..Perché si parla di effetto serra..
I principali gas che producono l’effetto
serra sono l'anidride carbonica, il
metano e il vapore acqueo. Questi
gas svolgono due importanti funzioni:
•
Filtrano le radiazioni provenienti dal
sole, evitando in tal modo di far
giungere fino alla superficie terrestre
quelle più nocive per la vita.
•
Ostacolano l'uscita delle radiazioni
infrarosse. I raggi solari rimbalzano
sul suolo terrestre dirigendosi
nuovamente verso l'alto. I gas serra
presenti nell'atmosfera impediscono
la loro completa dispersione nello
spazio, facendoli nuovamente cadere
verso il basso. Come una gigantesca
serra.
52
..I gas serra..
I gas serra sono i gas atmosferici che assorbono la radiazione infrarossa e che per
questo causano l’effetto serra. I gas serra naturali comprendono il vapor d’acqua,
l’anidride carbonica, il metano, l’ossido nitrico e l’ozono. Certe attività dell’uomo,
comunque, aumentano il livello di tutti questi gas e liberano nell’aria altri gas serra di
origine esclusivamente antropogenica.
Il vapor d’acqua è presente in atmosfera in seguito all’evaporazione da tutte le fonti
idriche (mari, fiumi, laghi, ecc.) e come prodotto delle varie combustioni. L’anidride
carbonica è rilasciata in atmosfera soprattutto quando vengono bruciati rifiuti solidi,
combustibili fossili (olio, benzina, gas naturale e carbone,), legno e prodotti derivati dal
legno.
Il metano viene emesso durante la produzione ed il trasporto di carbone, del gas
naturale e dell’olio minerale.
53
..Le soluzioni per ridurre l’effetto serra..
Per ridurre l’effetto serra è necessario:
•
•
Diminuire l'uso di combustibili fossili (petrolio, carbone, gas, ecc.) sia nella
produzione di energia sia nell'autotrazione cosi da ridurre l'introduzione di
anidride carbonica nell'atmosfera;
incrementare la superficie terrestre dedicata alle foreste dove, grazie alla
fotosintesi clorofilliana, l'anidride carbonica viene assorbita e "distrutta".
Purtroppo entrambi questi consigli sono in aperta controtendenza rispetto agli
attuali trend come bene dimostrano gli incontri di Kyoto e il più recente incontro
in Europa miseramente falliti a causa delle opposizioni di vari paesi (primi fra
tutti gli Stati Uniti d'America).
54
..Conseguenze..
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Il ghiaccio artico si scioglierà
Gli oceani si riscalderanno
La primavera giungerà in anticipo
Ci sarà un incremento di precipitazioni e inondazioni
Più ondata di calore e siccità
Più incendi nelle foreste e più danni derivati da insetti
L’ecosistema verrà sconvolto
Si diffonderanno le malattie tropicali
Incremento dei disastri legati al clima
Le foreste morirebbero
55
..il ghiaccio artico si scioglierà..
Le temperature dell'artico sono
aumentate di oltre 2°C negli ultimi 30
anni, il doppio che nel resto del
mondo, in alcune aree sono più alte di
addirittura 4°C. Il ghiaccio artico e'
sempre stato normalmente spesso più
di tre metri, ma e' stato rilevato dai
sottomarini russi e americani che ha
perso il 40% del suo spessore a partire
dagli anni '70. A questo tasso, il
ghiaccio estivo andrà perduto entro il
2040 e gli orsi polari si avvieranno alla
morte. All'atro capo del mondo il
ghiaccio dell'Antartide si e' sciolto
lentamente nei 10000 anni passati, ma
la velocità di scioglimento potrebbe
essere in aumento.
56
..gli oceani si riscalderanno..
Fra la metà degli anni '50 e la
metà degli anni '90 gli oceani del
mondo si sono riscaldati di 0.006
Celsius ad una profondità di
3000 metri e di 0.31 Celsius nei
300 metri più superficiali.
Nell'emisfero nord la superficie
degli oceani si scalda di 0.55
Celsius a decennio, quasi
quanto l'aumento complessivo
sull'intero pianeta dell'ultimo
secolo.
57
..la primavera giungerà in anticipo..
In Europa un'ampio studio sui giardini
ha rilevato che la primavera arriva
con un anticipo di sei giorni e
l'autunno con circa cinque giorni di
ritardo.
In Inghilterra le rane depongono le uova 9-10
giorni prima della norma, negli Stati Uniti le
migrazioni primaverili che raggiungono la
Penisola settentrionale del Michigan sono
state registrate in anticipo.
58
..ci sarà un incremento di precipitazioni e
inondazioni..
Con una temperatura più alta evapora più acqua dagli oceani,
causando più piogge torrenziali e più neve. Nel 1998 a Sydney, in
Australia, fu raggiunto il record assoluto di 30 cm di pioggia in due
giorni, in Texas le bufere hanno scaricato rispettivamente 25.4 e 50.
8 cm di acqua, provocando un miliardo di dollari di danni e 31 morti.
I dati della NOAA (National Oceanic and Atmosferic Administation)
americana mostrano che nelle bufere più forti la quantità di
precipitazioni per uragano e' cresciuta di circa il 10% negli ultimi
decenni. Il disboscamento e l'interramento delle zone umide
peggiora le inondazioni.
59
..più ondata di calore e siccità..
Nel 1998 il Tibet ha avuto il suo Giugno più caldo mai
registrato, la Nuova Zelanda ha avuto il suo Febbraio
più caldo, il Canada la sua estate più calda, Il Cairo
(Egitto) il suo Agosto più caldo. Dall'Aprile al Giugno
1998 Texas, Florida e Louisiana hanno registrato il
periodo più secco degli ultimi 104 anni: in Texas la
temperatura e' rimasta sopra i 38°C per 15 giorni di
seguito. Nel 1999 New York ha avuto il Luglio più
rovente e più secco mai registrato, gli Stati Uniti
orientali la stagione della crescita dei raccolti più
secca e si sono dichiarate aree disastrate per
l'agricoltura in 15 Stati. A partire dal 1980 la siccità e'
stata più frequente in Stati Uniti, Europa, Africa e
Asia.
60
..più incendi nelle foreste e più danni
derivanti da insetti..
Nel 1998 in Florida ci sono stati i
peggiori incendi degli ultimi 50
anni, e il Messico ha avuto la sua
peggiore stagione di incendi in
assoluto.
In Canada l'area di foresta consumata dal
fuoco ogni anno e' salita costantemente a
partire dagli anni '70 e il Canadian Forest
Service prevede un incremento del 50%
entro il 2050. Gli scienziati sostengono
che in Alaska 20 milioni di ettari di foresta
sperimentano un attacco senza
precedenti di vermi dei boccioli, risultato
61
del clima più caldo.
..l’ecosistema verrà sconvolto..
Il 65% di tutte le specie di pesci del
mondo, stanno morendo a causa
della temperatura più calda
dell'oceano. Nel Nord Pacifico i
salmoni muoiono di fame a causa
della scomparsa del loro cibo, e
migrano verso nord per sfuggire alle
acque più calde di 7 Celsius. Ciò
significa che anche orche, aquile,
orsi, che dipendono da loro per
nutrirsi, se ne andranno. In Austria
le piante alpine si ritirano al di là
delle montagne, in Europa e in
California l'areale delle farfalle si
sposta verso nord. Con lo
scioglimento dei ghiacci marini
invernali la popolazione di pinguini
delle Andelie dell'Antartico e' crollata
del 33% dal 1975. Il WWF ha
avvertito che un terzo degli habitat
del mondo potrebbero scomparire o
divenire irriconoscibili entro il 2100.
62
..si diffondono le malattie tropicali..
Le zanzare hanno trasmesso la malaria nel nordest degli Stati Uniti
e a Toronto, il virus del Nilo occidentale e' arrivato a New York; in
Messico e in Colombia e' arrivata la febbre dengue ad altezze più
elevate (1219 metri più in alto del suo range normale).
..Incremento dei disastri legati al
clima..
Dal Mozambico all'Honduras, a dal Canada alla Cina, i disastri causati dal
clima stanno proliferando. Nel 1998 la violenza del clima ha causato danni
per 89 miliardi di dollari, uccidendo 32000 persone e facendo 300 milioni
di profughi. Dal 1990 al 1998 le compagnie di assicurazioni hanno versato
91.8 miliardi di dollari in perdite per disastri naturali collegati al clima,
quattro volte di più di quelli versati per la stessa regione negli anni '80.
Nel 1999 in Cina l'inondazione del fiume Yangtze ha ucciso 3500 persone,
ha distrutto 5 milioni di case, ha costretto a spostarsi 200 milioni di
uomini. Nel 2000 le catastrofi naturali sono salite da 100 a un record di
850, le bufere hanno contato per il 73% delle perdite assicurate, le
63
inondazioni per il 23%
..le foreste morirebbero..
Man mano che il mondo si riscalda, le
foreste cominceranno a essere
sottopressione. Gli scienziati
inglesi temono che dal 2050 le
foreste e la vegetazione terrestre
cesseranno di essere pozzi di
assorbimento del carbonio e
cominceranno a diventare fonti di
carbonio. Se andiamo avanti con la
tendenza attuale a causa dei
mutamenti della temperatura degli
oceani, che altereranno i percorsi
delle tempeste, l'intera foresta
pluviale dell'Amazzonia comincerà
ad inaridirsi intorno al 2040,
originando incendi di ampia
portata.
Gli scienziati valutano che se
muore la vegetazione rilascerà due
miliardi di tonnellate di carbonio
all'anno dopo il 2050 invece di
assorbire 2-3 miliardi di tonnellate,
provocando un aumento
vertiginoso di livelli di CO2.
64
Aiutateci a non
rovinare il nostro
pianeta..
THE END..
Eseguito da: Alessia Cambria e
Micaela Fumia
65
..L’energia solare..
•Che cos’è l’energia solare;
•Basi astronomiche e meteorologiche;
•La scarsità delle risorse energetiche;
•Il cambiamento climatico e le sue
conseguenze;
•Valide argomentazioni per i sistemi
solari.
66
..che cos’è l’energia solare..
La fonte energetica più importante per la
terra, è il sole. La vita dipende
dall’energia solare, che rappresenta il
punto di partenza per le catene
chimiche e biologiche sul nostro
pianeta, ma costituisce anche la
forma di energia più pulita.
Al centro del sole avviene la fusione di
due nuclei di idrogeno che si fondono
in un nucleo di elio. L’energia così
rilasciata viene irradiata nello spazio
sotto forma di onde
elettromagnetiche.
Il sole offre più energia in un quarto
d’ora, che di quanta l’uomo ne usi in
un anno.
67
..basi astronomiche e meteorologiche..
La quantità di energia solare
incidente sulla fascia esterna
dell’atmosfera terrestre
nell’unità di tempo può
considerarsi costante. Tale
potenza di irraggiamento
riferita ad una superficie di
area unitaria viene detta
costante solare. Da un punto
di vista astronomico la
quantità di energia solare
sulla terra è molto variabile;
ciò dipende dall’ora e dal
periodo dell’anno in una
determinata località.
68
A causa dell’inclinazione dell’asse terrestre, i giorni estivi sono
più lunghi di quelli invernali ed il sole raggiunge altezze
maggiori nei mesi estivi rispetto al periodo invernale. Anche
quando è presente la foschia e le nuvole, parte delle
radiazioni solari provengono dalle tre direzioni e non solo
direttamente dal sole. La frazione della radiazione solare che
raggiunge l’occhio dell’osservatore a seguito di un processo di
diffusione dovuto alla presenza di molecole d’aria e particelle
di polvere, è conosciuta come radiazione diffusa. La parte di
radiazione solare che raggiunge la terra senza variazioni di
direzione viene chiamata radiazione diretta. La somma della
radiazione diretta, di quella riflessa e di quella diffusa è detta
come radiazione solare globale. Il parametro “Massa d’Aria” è
definito come il rapporto tra la lunghezza del percorso effettivo
della luce solare attraverso l’atmosfera terrestre e la
lunghezza del percorso minimo.
69
•
•
•
•
Poiché i raggi solari devono
attraversare l’atmosfera terrestre,
l’intensità della radiazione viene
ridotta da:
Fenomeni di riflessione a livello
dell’atmosfera;
Assorbimento molecolare dovuto
alla presenza di alcuni componenti
dell’atmosfera;
Diffusione di Raylegh;
Diffusione di Mie.
I fenomeni d assorbimento e dispersione sono più rilevanti quando l’altezza del
sole è inferiore. I fenomeni di dispersione, dipendono dall’ubicazione del sito,
con un massimo nelle aree industriali. Il secondo fattore decisivo per la
determinazione della radiazione solare disponibile è la nuvolosità. Nell’arco
dell’anno la radiazione solare globale è soggetta a considerevoli variazioni
giornaliere.
70
I dispositivi che misurano la
radiazione solare globale su una
superficie orizzontale sono chiamati
solarimetri. Questi dispositivi
vengono riparati dai raggi diretti del
sole con un mezzo cerchio che
copre l’intero percorso del sole nella
volta celeste. Il sensore della
radiazione è protetto da una cupola
di vetro ed è costituito da un
insieme di termocoppie disposte
radialmente.
Questi elementi , a seconda della loro
temperatura, generano delle forze termoelettromotrici facilmente misurabili. Altri
strumenti di misurazione dell’irraggiamento
solare globale impiegano come sensore una
cella fotovoltaica.
71
..la scarsità delle risorse energetiche..
Le risorse disponibili di combustibili
fossili o di origine nucleare
(carbone, petrolio, gas naturale ed
uranio) vengono consumate con
un tasso di crescita sempre
maggiore per coprire l’aumento di
fabbisogno energetico del nostro
pianeta. Se non si adotterà un
cambio delle attuali politiche
energetiche, questo processo
condurrà inevitabilmente in un
vicolo cieco. I mezzi che
permetteranno di uscire da tale
situazione sono il risparmio
energetico, l’uso coerente
dell’energia e l’uso delle fonti
energetiche rinnovabili: il sole, il
vento, l’acqua e le biomasse.
72
..il cambiamento climatico e le sue
conseguenze..
L’ambiente e il clima stanno
cambiando e vengono danneggiati
in modo permanente ed in misura
via via crescente dalla combustione
dei combustibili fossili. Tutto ciò è
provocato dall’emissione di
sostanze nocive come l’anidride
solforosa, il monossido di azoto e
l’anidride carbonica connesse nel
processo di combustione. L’anidride
solforosa e il monossido di azoto
sono le sostanze che contribuiscono
maggiormente nella formazione
delle piogge acide. L’anidride
carbonica è il principale gas serra,
responsabile del riscaldamento
dell’atmosfera terrestre. Attualmente
le concentrazioni di CO2
nell’atmosfera terrestre stanno
aumentando con velocità crescente.
73
..valide argomentazioni per i sistemi
solari..
•
•
•
•
•
•
•
•
Il mercato dei collettori solari termici in Italia ha subito una ripresa che ha
portato l’aumento dei dispositivi installati. Ogni ulteriore metro quadro di
collettori installati amplifica questa tendenza e contribuisce realmente alla
protezione del clima:
Il proprietario di un sistema solare non è soggetto alle decisioni politiche;
Un impianto solare è simbolo di un elevato livello di responsabilità, della
consapevolezza e dell’impegno nei confronti dell’ambiente circostante;
Il sistema solare lo rende meno dipendente dagli aumenti dei prezzi
dell’energia;
Gli operatori dei sistemi solari dispongono delle agevolazioni fiscali e dei
finanziamenti pubblici;
Gli impianti solari termici hanno un ciclo di vita di circa 20 anni;
I sistemi solari per il riscaldamento dell’acqua delle piscine sono molto facili
da installare ed i costi vengono pagati in brevissimo tempo;
La resa del sistema solare è di circa 13 volte maggiore rispetto all’energia
utilizzata per costruirlo;
Richiedono pochissima manutenzione e l’energia che forniscono è sempre
disponibile.
74
..IL SOLARE ELETTRICO..
•
•
•
•
•
Il sole presente in Italia
Com’è e fatto e come funziona il solare elettrico
Dove metterlo
Quanto deve essere grande
Quanto costa
75
..Il sole presente in Italia..
Per effetto della morfologia del terreno e della stagionalità delle
perturbazioni atlantiche la radiazione solare in Italia varia in
modo sensibile durante le stagioni. Ad esempio in Sicilia,
lungo il litorale sud, l’energia media giornaliera passa da 2,0
kWh/m2 di dicembre a 7,2 kWh/m2 di luglio, per una media
annuale di 4,7 kWh/m2 al giorno. A Milano i valori diventano
1,1 in dicembre, 5,7 in luglio, per una media annuale di 3,5
kWh/m2 giorno. A Catania, in media, una giornata di luglio
corrisponde a 5 giorni di dicembre. Interessanti sono anche
alcuni confronti tra diverse località italiane a diverse latitudini.
Per esempio, la zona di Sanremo ha all’incirca la stessa
radiazione media annuale di Pescara, ma durante l’inverno
raggiunge le insolazioni del Golfo di Napoli. Nel confronto con
gli altri paesi dell’Unione Europea, l’Italia, grazie al
Mezzogiorno, si colloca seconda – terza dopo Spagna e le
isole Egee.
76
Un altopiano semidesertico della
provincia di Almeria, in
Andalusia, detiene il primato di
insolazione europea con 4,8
kWh/m2 anno, mentre le isole
dell’Egeo possono vantare
un’insolazione equivalente ma
più costante durante l’anno. La
costa sud di Creta è
probabilmente l’area europea più
soleggiata. Rispetto invece alla
Germania, Paese europeo
leader del solare fotovoltaico, in
Italia si hanno potenziali solari
doppi o tripli, secondo le
località confrontate. Notevole
invece la differenza rispetto alle
aree desertiche del mondo. Nei
punti più soleggiati dei deserti
arabici la media annua è di 7,4
kWh/m2 anno, equivalente alla
insolazione di luglio a Catania
moltiplicata per 12!
77
..Com’è fatto e come funziona il solare
elettrico..
L’installazione di generatori fotovoltaici per produrre
corrente alternata, da connettere a reti elettriche in
bassa tensione, richiede una corretta progettualità, che
in genere viene affidata a un professionista. Tuttavia, ci
sono una serie di criteri che consentono, già in prima
analisi, di farsi un’idea sulla consistenza del sistema
fotovoltaico necessario a soddisfare il fabbisogno di
energia. La progettazione accurata sarà poi da affidare a
progettisti e produttori di sistemi fotovoltaici che, con
strumenti di simulazione più raffinati, prenderanno in
considerazione tutti i fattori in gioco, individuando, in
modo preciso e puntuale, i carichi elettrici e la
disponibilità di soleggia mento del sito prescelto.
78
..Dove metterlo..
La prima cosa da fare è verificare che il luogo nel quale
si pensa di installare il generatore fotovoltaico abbia
alcuni requisiti di base: innanzitutto, dev’essere
sufficientemente soleggiato per tutto l’anno o, almeno,
durante il periodo nel quale si richiede l’alimentazione
elettrica dell’utenza. Occorrerà poi verificare alcuni
fattori:
• Presenza di ombre
• Nebbie e foschia
• Nevosità e ventosità.
79
Una volta raccolte queste
informazioni, si potranno
determinare una serie di punti:
dove collocare il generatore
fotovoltaico e come regolare la
sua posizione rispetto al Sud
geografico; se sia necessario
aumentare l’inclinazione sul
piano orizzontale rispetto a
quanto previsto, per evitare
l’accumulo di neve; e quali
debbano essere, infine, le
caratteristiche delle strutture di
sostegno. Se da questa verifica
dovesse poi emergere che il sito
scelto non è idoneo
all’installazione, si dovrebbe
procedere a sceglierne un altro
più consono.
80
..La radiazione solare..
• La radiazione solare sulla terra;
• Il sole in Italia;
• Fotoni corpuscoli di luce;
• L’energia solare;
• Costante solare;
81
..la radiazione solare..
Sulla terra la misura della radiazione solare totale misurata su un piano
orizzontale vale a dire con inclinazione nulla si effettua mediante uno
strumento chiamato piranometro
..il sole in Italia..
La differenza e latitudine fra l’arco alpino e la Sicilia è di 8-10° e ciò
comporta diverse intensità medie annue della radiazione solare.
La latitudine influenza la differenza di durata del giorno tra estate e
inverno, la differenza tra il giorno più breve e quello più lungo è di circa
6,6 ore.
La distribuzione di energia solare durante i mesi dell’anno è
leggermente più uniforme a sud che al nord inoltre le isole minori infine
godono di un clima che dipende più dalla presenza del mare e dagli
eventuali rilievi interni; nel confronto degli altri paesi dell’unione
europea l’Italia si colloca seconda/terza dopo Spagna e le isole
notevole invece la differenza rispetto alle aree desertiche.
82
..fotoni corpuscoli di luce..
Il fotone è la particella di massa e carica nulle associata alla propagazione
della radiazione elettromagnetica.
..l’energia solare..
Il sole è la fonte energetica più importante per la terra, infatti la vita dipende
dall’energia del sole.
Al centro del sole ha luogo un processo di fusione in cui due nuclei di idrogeno si
fondono in un nucleo di elio. Essendo la terra distante dal sole 143.000.000 di
chilometri dal sole ne riceve solo una piccola frazione.
Malgrado ciò il Sole offre in 15 minuti l’energia che l’uomo usa in un anno.
Il rapporto energetico del sole supera di molto perfino quello di tutte le riserve di
combustibili fossili, il sole produce 1.500 milioni di miliardi di kwh l’anno, questa
quantità risulta 10.000 volte superiore al fabbisogno di tutto il pianeta.
In sintesi l’UOMO non avrebbe bisogno di nessuna fonte di energia per fare
funzionare tutto come funziona attualmente, se riuscisse a captare solo una
quota, (pari a circa 10.000 volte quella che il sole fornisce alla terra), dell’energia
83
che il sole fornisce alla terra.
..costante solare..
Si definisce costante solare il valore dell’irraggiamento riferito ad una
superficie unitaria dell’aria.
Il valore di tale costante subisce lievi oscillazioni dovute all’attività del
sole nonché a differenze nella distanza tra la terra e il Sole.
Il valore medio della costante solare è dato da E0= 1.367 W/mq.
Per esempio ad irraggiamento di 1000 W/mq indica la capacità del
sole di radiare una potenza di 1000 W su di una superficie di 1mq.
Quando il sole irradia una potenza di 1000W per un ora produce
1(KWh)
Energia= Potenza*Tempo
La quantità di energia solare disponibile sulla terra è molto variabile
perché non dipende solo dalla longitudine ma anche dall’ora e del
periodo dell’anno in una determinata località.
A causa dell’inclinazione dell’asse terrestre i giorni estivi sono più
lunghi di quelle invernali quindi il sole raggiunge altezze maggiori nei
mesi estivi.
84
G
iu
gn
o
et
te
m
br
e
D
ic
em
br
e
S
M
ar
zo
MJ/mq giorno
Radiazione globale al suolo su piano
orizzontale, valori medi mensili a Roma
30
25
20
15
10
5
0
L’energia globale (Eg) è
uguale all’energia diretta (Edir)
più l’energia l’energia diffusa
(Edif) più l’energia riflessa
(Erif).
Eg = Edir+Edif+Erifl
Edir è la parte di energia che
raggiunge la terra senza
variazione di direzione.
Edif è la parte di energia solare che raggiunge la terra a seguito di un processo di
diffusione ( scattering) dovuto alla presenza di molecole d’aria e particelle di
polvere.
Erif è la parte di energia solare non proveniente direttamente dal sole, che è
riflessa nell’ambiente circostante dalle diverse superfici, compresa stessa
superficie terrestre.
Con il sole in posizione perfettamente verticale rispetto al piano dell’orizzonte di
una determinata località, la luce compie il percorso piu’ breve possibile attraverso
l’atmosfera; se invece il sole si trova ad un’angolazione piu’ bassa il percorso
diventa piu’ lungo, il che provoca un maggiore assorbimento e dispersione della
radiazione solare e, di conseguenza, una minore intensità nella radiazione stessa
al suolo, nonché una variazione delle caratteristiche spettrali della radiazione 85
dovuta al piu’ lungo passaggio attraverso il “ filtro” atmosfera.
Il parametro “ Massa d’Aria” , ( Air Mass, AM) è definito come il
rapporto tra la lunghezza del percorso effettivo della luce solare
attraverso l’atmosfera terrestre e la lunghezza del percorso
minimo, che si verifica nel caso di radiazione perpendicolare alla
superficie terrestre.
In particolare, la relazione tra l’altezza solare (γs ) ed il parametro
Massa d’Aria ( AM) è dato da : AM = 1/sin γs
Con il sole in posizione verticale (γs= 90°), AM risulta quindi pari a 1.
Poiché i raggi solari devono attraversare l’atmosfera terrestre,
l’intensità della radiazione viene ridotta da:
Fenomeni di riflessione a livello dell’atmosfera;
assorbimento molecolare dovuto alla presenza di alcuni componenti
dell’atmosfera ( O3, H2O, O2, CO2)
Diffusione di Rayleingh – relativo all’interazione con le molecole d’aria)
Diffusione di Mie – relativo all’interazione con le polveri e gli inquinanti
atmosferici.
La superficie terrestre ha una capacità di riflettere la radiazione solare
che è in funzione del coefficiente di albedo che varia in funzione
dei materiali. Che può essere assunto mediamente pari a 0.2. Per
maggiore chiarezza di seguito si riporta una tabella con riportato il
coefficiente di albedo per le diverse superfici.
86
..quanto deve essere grande..
Nello stabilimento le dimensioni di un generatore fotovoltaico si
deve tenere presente non tanto la potenza, ma l’energia in gioco.
Anche per gli impianti collegati a rete si parla in termini di energia
(kWh) immessa in rete in un giorno o in un anno. La potenza di
picco del generatore fotovoltaico si calcola partendo dal consumo
annuo dell’utenza considerata. Dato che la risposta del generatore
fotovoltaico è, in pratica, proporzionale all’energia solare incidentale
si può dire che la taglia ideale del generatore fotovoltaico potrà
essere calcolata secondo una semplice formula: KWp =
(kWh/anno)/(Ia x 0.75) dove Ia è il soleggiamento medio annuale
tipico, espresso in kWh/mq, della località, calcolato sulla superficie
dei moduli fotovoltaici. Se ci si trova in una zona dell’Italia centrale
con un tetto a falda bene orientato ed inclinato di 20° rispetto
all’orizzontale, se la quantità di energia solare è di 1700 kWh/mq si
avrà, per una utenza che consumi 4.000 kWh/anno dalla rete: KWp
= 4.000/(1.700x0.75) = 3.180 Wp con moduli da 159 Wp/mq
l’estensione del generatore fotovoltaico sarà pari a 3.180/159 = 20,0
mq.
87
..quanto costa..
Per semplicità si effettua un schema in
zona dell’italia centrale
Uno dei risultati ottenuti dal programma “10.000 tetti fotovoltaici” è
stato quello di innescare un discreto meccanismo di domanda ed
offerta, con effetti di economia di scala. In questo modo, i costi di
installazione sono sensibilmente scesi fino a 6.500 euro/kWp per
impianti di taglia medio - piccola, e fino a 5.500 euro/kWp per
impianti di taglia medio – grande. Nel 2000 – 2001 si partiva da
circa 8.000 euro/kWp per impianti fino a 5 kWp e da 7.230
euro/kWp per impianti da 20 kWp.
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