Studenti
Mencarelli Luca Piccinini Matteo
Pochettini Fabio
Vicino Alan
Piglione Daniele
Vogogna Dario
Prof. Ing. Franco Capua (coordinatore)
docente di Elettrotecnica presso l’ITIS A. Volta di Alessandria
IN COLLABORAZIONE CON :
Unione Europea
Provincia e Comune
di Alessandria
Il lavoro di ricerca
INDICE
Presentazione dell’ITIS A. Volta
Presentazione del progetto: il Villaggio Fotovoltaico in Alessandria
Principio di funzionamento delle celle solari
Descrizione del progetto (scelte tecnologiche )
Soluzioni architettoniche per integrare le tecnologie
Analisi economica
Valutazioni ambientali
BIBLIOGRAFIA
L’I.T.I.S. A. Volta in
Alessandria
L’ITIS A. Volta
L' istituto tecnico industriale statale Alessandro
Volta”, progettato dall’Arch. Ignazio Gardella, è
stato inaugurato nel 1967 dall’allora presidente
della repubblica Giuseppe Saragat. La scuola
è situata sulla circonvallazione della città, in
posizione intermedia fra il centro città e le
principali strutture universitarie scientifiche tra
cui il distaccamento del Politecnico di Torino e
la facoltà di Matematica Fisica e Scienze
Naturali (S.M.F.N.)dell’Università Amedeo
Avogadro.
L’ITIS A. Volta
L’istituto Volta offre quattro percorsi industriali e un percorso scientifico-tecnologico;
i quattro percorsi industriali sono:
perito per le costruzioni aeronautiche, perito industriale in elettrotecnica ed automazione, perito industriale
in meccanica e perito industriale in informatica.
L’istituto offre agli studenti diversi laboratori:
Laboratori di misura su macchine elettriche
Laboratori di automazione, tecnologia e CAD attrezzati con computer, PLC e
pannelli
Laboratori di impianti elettrici sia civile che industriali
Laboratori di macchine utensili e lavorazioni meccaniche
Laboratori di tecnologia, progettazione e CAD meccanica ed aeronautica
Laboratori con galleria del vento e dell’acqua (con turbine e macchinari
sperimentali
Hangar con simulatore di volo, motori e turbine aeronautiche;
Laboratori di sistemi elettrici automatici attrezzati con computer e banchi di
prova
Laboratori di informatica con computer
Laboratori di elettronica e misure elettroniche
Laboratori di chimica, fisica e biologia
Laboratori di disegno tecnico
L’ITIS A. Volta
Un laboratorio di cinema per il corso di teatro offerto dal POF
Un laboratorio musicale in costruzione per il progetto musicale d’istituto
La biblioteca studentesca con oltre 8000 volumi, manuali e riviste
Un laboratorio per lo studio sull’idrogeno e le fuel cell
Il nuovo laboratorio è stato realizzato nell’intenzione di rendere l’istituto partecipe di esperienze e
ricerche nell’ambito dell’uso dell’idrogeno come fonte pulita di energia elettrica e termica.
Il villaggio Fotovoltaico in
Alessandria
Inaugurato nell’ottobre 2005, il villaggio fotovoltaico di
Alessandria situato nel quartiere Cristo nella zona
Casermette II, è un progetto fortemente voluto
dall’amministrazione
comunale,
dall’Assessorato
all’Urbanistica e all’Edilizia Residenziale e dalla Regione
Piemonte.
E’ inserito in un programma di monitoraggio e resocontazione
scienti-fica finanziato dagli enti sopraccitati, al fine di
sostenerne i costi sperimentali.
Il
progetto del “villaggio” di Alessandria si inserisce
nell’obiettivo del recupero e della riqualificazione
ambientale, con particolare attenzione ai criteri di
bioedilizia.
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria
Area dell’insediamento
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria
Veduta dall’alto
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria
II Villaggio Fotovoltaico rappresenta un'iniziativa:

innovativa e non un semplice adempimento normativo

pilota, in quanto integrata in un complesso programma urbanistico, edilizio,
ambientale

disseminabile, in quanto riproducibile in altri contesti urbani anche con risorse
ordinarie

partecipata, poiché costruita col dialogo, il consenso e la collaborazione attiva di vari
soggetti pubblici e privati

efficace, poiché produce effetti positivi sull'ambiente, coinvolgendo circa 800
utilizzatori residenti oltre a fruitori dei servizi pubblici

stimolante, in quanto l'applicazione di una "nuova" tecnologia porta ad una ricaduta
generale stimolando una crescita

didattica, poiché crea cultura intesa come aggiornamento tecnico di progettisti,
imprese, operatori del settore in genere.
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria
Per il combinato di queste caratteristiche, in seguito alla
partecipazione al concorso del Ministero dell'Ambiente, il "Villaggio
Fotovoltaico" di Alessandria ha ottenuto il 1° Premio per le città
sostenibili 2000. Il Comune di Alessandria ha avanzato la
propria candidatura proponendo un intervento di Edilizia
Residenziale Pubblica nell'ambito del "Programma di Intervento
Integrato della Zona 14 - Casermette II" particolarmente
originale, sia per ciò che attiene agli aspetti organizzativi di
gestione e realizzazione attraverso uno strumento nuovo ed unico
quale risulta essere la "Consulta Operatori Edilizia Residenziale"
della Provincia di Alessandria (sono presenti operatori pubblici e
privati, banche ed enti), sia per ciò che attiene all'innovazione
tecnologica quale risulta essere l'applicazione non più solamente
sperimentale, ma effettivamente reale del fotovoltaico.
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria
Operatori esecutivi associati:
• A.T.C., Agenzia Territoriale per la Casa della Provincia di Alessandria;
• C.I.E.P.A., Consorzio Imprenditori Edili della Provincia di Alessandria;
• UNI-C.A.P.I., Cooperativa di abitazione a proprietà indivisa a.r.l.;
• CONSORZIO EDILIZIO UNIONE;
• A.R.C.Ab. Alessandria,Associazione Regionale CooperativeAbitazione Piemonte.
Enti invitati permanenti:
• Comune di Alessandria;
• Provincia di Alessandria;
• Camera di Commercio di Alessandria;
• Banca Cassa di Risparmio di Alessandria.
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria
Case di edilizia popolare
ATC
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria
Case edilizia privata
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria
Il progetto prevedeva un complesso armonico con ampi spazi verdi,
zone di aggregazione e svago e circa 200 alloggi costruiti attraverso
l'utilizzo di materiali e tecniche ecologiche e in particolare con l'impiego di
tecnologie fotovoltaiche.
Hanno aderito a questa iniziativa oltre all'ATC che ha costruito circa la
meta degli alloggi anche la Cooperativa Edilizia Carlo Levi, la Cooperativa
Edilizia "Aquila d'Oro", la Cooperativa UNI-CAPI, la Cooperativa Edilizia "27
Luglio", l'Impresa Pistanni Cristoforo, l'Impresa Edilnova S.r.l. e Bocchio.
La parte di impiantistica fotovoltaica è stata invece curata interamente da
A.N.I.T. Azienda Nuove Iniziative Tecnologiche S.p.A.
II progetto è stato realizzato nell’ambito del programma del 2001
"10.000 tetti fotovoltaici" del Ministero dell’Ambiente, il quale ha
permesso ad ogni singolo utente di usufruire di un finanziamento fino al
75% del costo complessivo.
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria
Vantaggi del fotovoltaico
I vantaggi dei dispositivi fotovoltaici sono molteplici:






le esigenze di manutenzione ridotte in quanto non ci sono parti meccaniche in
movimento
vengono eliminate le perdite di distribuzione dell'energia elettrica perché vengono
installati vicino all'utilizzatore finale
non produce inquinamento di alcun genere (acustico, atmosferico, ecc.) durante il
suo funzionamento
è possibile prevedere la produzione annuale di energia con un piccolo margine di
errore, indipendentemente dalla variabilità di richiesta
la potenza dell'impianto può essere modificata in qualsiasi momento senza
problemi
la loro integrabilità garantisce la salvaguardia dell’aspetto estetico delle
costruzioni.
Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria

Utilizzi degli impianti fotovoltaici
I sistemi fotovoltaici sono facilmente inseribili in edifici e strutture di
arredo urbano con un atto livello di integrazione architettonica. Possono
essere combinati con i tradizionali materiali da costruzione o addirittura
fungere da elementi costruttivi quali ad esempio tegole o mattoni.
Soddisfano inoltre i requisiti di ogni buon materiale di rivestimento come
la resistenza l'impermeabilità il controllo dei livelli acustici l'isolamento
termico la schermatura e la protezione dal fuoco.
I sistemi fotovoltaici sono particolarmente adatti - attraverso impianti
stand-alone che ne consentono il funzionamento senza collegarsi alla
rete - come componente costruttiva multifunzionale di varie tipologie di
sistemi, per esempio parchimetri, cabine telefoniche, illuminazione
stradale, pannelli informativi, segnali stradali, semafori, pensiline e
parcheggi.
L'impiego di sistemi fotovoltaici stand-alone permette di garantire un
approvigionamento energetico anche ad edifici situati in zone isolate e
lontani dalla rete elettrica.
L'estrema importanza di diffondere la cultura fotovoltaica e la ferma
convinzione che quella delle energie rinnovabili sia una strada da
percorrere per la salvaguardia dell' ambiente, ha fatto nascere molteplici
programmi a livello nazionale, regionale e comunitario per aiutare, con
una politica di incentivi e finanziamenti, i progetti in ambito
fotovoltaico.
Principio di funzionamento delle celle solari

La luce
fig. 2
Lo spettro della radiazione solare, in vicinanza della Terra, ma di sopra dell'atmosfera, è
illustrato in fig. 2. Il totale dell'energia in arrivo dal Sole, cioè la costante solare è pari a:
1,92 cal /cm2 min 1,35 kW/m2
Principio di funzionamento delle celle solari
Effetto fotoelettrico
Principio di funzionamento delle celle solari
La cella solare
Principio di funzionamento delle celle solari
Caratteristica i,v di un diodo al silicio e di una cella
Principio di funzionamento delle celle solari
Schemi di collegamento dei diodi di protezione:
a)collegamento in serie aumenta la tensione
b)collegamento in parallelo aumenta l’intensità della corrente elettrica
DETERMINAZIONE DELLE CARATTERISTICHE ELETTRICHE
DI UN MODULO FOTOVOLTAICO
Ditta costruttrice Eurosolare società del
Gruppo E.N.I
Modulo tipo P200
N°. seriale A001220
Pmax = 20,7 W potenza di picco
massima
Vp
= 16,2 V Tensione di picco
Ip = 1,28 A Corrente di picco
Isc
= 1,50 A Corrente di corto
circuito
Voc = 20,7 V Tensione a vuoto
+
+
+
Modulo
fotovoltaico
-
V
A
Reostato
DETERMINAZIONE DELLE CARATTERISTICHE ELETTRICHE
DI UN MODULO FOTOVOLTAICO
Grafico Tensione/Corrente della rilevazione a cielo sereno
25
20
V [V]
15
10
5
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
I [mA]
inclinazione raggi 90°
Grafico Corrente/Potenza della rilevazione a cielo sereno
inclinazione raggi 45°
18
16
14
12
Pe [W]
0
10
8
6
4
2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
I [m A]
inclinazione raggi 90°
inclinazione raggi 45°
1400
1600
Descrizione del progetto
(scelte tecnologiche )
Descrizione del progetto
(scelte tecnologiche )
IMPIANTO IMPRESA DESTINATO AGLI ALLOGGI (per ogni singolo alloggio)
MODULO Modello Dimensioni [mm] Potenza tipica [Wp] Potenza minima [Wp]
PW750-12V
1237x556x45
IMPIANTO N° impianti Campo fotovoltaico
14+7
16 moduli
80
kWpcad
1.28
INVERTER Modello Potenza di picco [W] Rendimento max
SMA Sunny-boy 1100
1100
93.5%
75.1
Voltaggio max
600 V DC
KWptot
17.92+8.96
Corrente in entrata Uscita AC
10 A Monofase
Descrizione del progetto
(scelte tecnologiche )
POTENZA COMPLESSIVA 163 KW(p)
AREA IMPIANTI 3.000 m2
SUPERFICIE NETTA PANNELLI 1.600 m2
Superficie lotto 72.135 m2
Superficie residenziale 47.128 m2
Abitazioni 304
Box 264
Abitazioni dotate di fotovoltaico 192
Soluzioni architettoniche per integrare le
tecnologie
Integrazione di stringhe inclinate su copertura piana
• Consiste nel collocare su coperture piane strutture metalliche o in muratura di supporto per i moduli, inclinate in modo
ottimale rispetto all’orbita solare.
• Questi elementi non interrompono la continuità del solaio di copertura, quindi i moduli non sostituiscono parti della copertura
né possono essere utilizzati per realizzare lucernai semitrasparenti.
• Questa è una delle soluzioni più economiche per le installazioni retrofit.
• Indipendenza del sistema fotovoltaico dalla struttura dell’edificio.
• Buona ventilazione dei moduli fotovoltaici.
• Facilità di montaggio dell’impianto e costi di installazione relativamente bassi.
• Utilizzo ottimale dell’energia solare grazie alla libertà di inclinazione ed orientamento dei moduli.
• Modeste valenze architettoniche.
• Potenziali limitazioni dovute alla presenza di altri impianti o parapetti sulla copertura.
Soluzioni architettoniche per integrare le tecnologie
Integrazione con moduli inclinati su facciata verticale
• Questa modalità di intervento garantisce una buona efficienza del
fotovoltaico dovuta all’inclinazione dei moduli che offrono una migliore
accessibilità alla radiazione solare.
• Più efficiente retroventilazione
perfettamente verticali.
• Funzione di frangisole.
dei
moduli
rispetto
alle
soluzioni
• Complessità di costruzione della facciata continua.
• Potenziali problemi di pulizia.
• In una facciata con esposizione favorevole e in parte o totalmente priva di
finestre sarebbe ideale prevedere un sistema di facciata composto da due
pareti: una interna, a perfetta tenuta dagli agenti atmosferici, ed una esterna
costituita da moduli fotovoltaici opachi agganciati ad una opportuna struttura
di supporto sagomata in modo tale da consentire l’inclinazione dei moduli
fotovoltaicirispetto al piano orizzontale.
Analisi economica
IL COSTO DELL’ENERGIA FOTOVOLTAICA
Potenza Impianto
[kWp]
Tariffa incentivante
[€/kWh]
Durata incentivo
[Anni]
Da 1 a 20
0.445
20
> 20 fino a 50
0.46
20
> 50
0.49
20
Analisi economica
VILLAGGIO FOTOVOLTAICO DI ALESSANDRIA
SUPERFICIE AREA COMPLESSIVA
SUPERFICIE RESIDENZIALE
ALLOGGI COMPLESSIVI AREA
NUOVE AUTORIMESSE IN DOTAZIONE
APPLICAZIONE fv. SU ALLOGGI
POTENZA COMPLESSIVA IMPIANTI
SUPERFICIE COMPLESSIVA MODULI POSATI
UTILIZZO COPERTURA CONSUMO PARTI COMUNI EDIFICI FINO AL 100%
COPERTURA SINGOLI APPARTAMENTI FINO AL 70%
COSTO IMPIANTO FOTOVOLTAICO - TOTALE APPLICAZIONI :
OPERATORI PRIVATI EURO 866.149,99
A.T.C. € 289.169,39
EDIFICI PUBBLICI € 47.637,00
TOTALE €1.202.956,38
FINANZIAMENTO IMPIANTI ( media villaggio % 68,84):
OPERATORI PRIVATI EURO 580.488,80
A.T.C. € 216.681,43
EDIFICI PUBBLICI €30.964,00
TOTALE €828.134,23
mq. 72.135
mq. 47.128
N° 536
N° 264
N° 192
160 KWp
3.000 MQ.
Analisi economica
CALCOLO DEL COSTO/RENDIMENTO TEORICO MEDIO
PER ALLOGGIO
POTENZA 3 KW - PRODUZIONE 3.200 KW/ANNO
COSTO IMPIANTO MEDIO UNITARIO KWP € 7.250
COSTO ENERGIA MEDIO UNITARIO KWH
RISPARMIO/ANNO € 485,44
€0,1517
Analisi economica
CALCOLO AMMORTAMENTO IMPIANTO
PER ALLOGGIO
COSTO LORDO IMPIANTO/ALLOGGIO €21.750,0
CONTRIBUTO MEDIO EFFETTIVO (69%) €15.007,0
COSTO NETTO €6.743,0
DURATA AMMORTAMENTO : 6743,0 / 485,44 = 13,8 ANNUALITÀ
CON “CERTIFICATI VERDI”= 6,5 ANNUALITÀ
Valutazioni ambientali
TABELLA DELLE EMISSIONI DI CO2 A KW PRODOTTO
INDUSTRIA
CO2 PRODOTTA
(Kg/KW)
Solare fotovoltaico
0
Incenerimento dei rifiuti
solidi urbani
0,94
Impianto tradizionale a
carbone
0,9
Impianto a "carbone pulito"
0,8
Impianto tradizionale a gas
0,5
Impianto a ciclo combinato
a gas
0,37
Impianto termoelettrico
0,65
Combustione di gas
naturale
0,605
Combustione di metano
0,25
Combustione di petrolio
0,855
Olio combustibile
0,72
p.
.d
ei
So
la
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rif
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st
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ile
Im
In
c
CO2 prodotta Kg/KW
Valutazioni ambientali
GRAFICO DELLE EMISSIONI DI CO2 per KW
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Industria
BIBLIOGRAFIA
•Alla luce del sole Pubblicazione del Comune di Alessandria in
collaborazione con la Consulta per l’edilizia residenziale e le infrastrutture
della Provincia di Alessandria
•Fondamenti teorici e sperimentali di conversione fotovoltaica
applicati alle celle solari Prof. Ing. Franco Capua tesi di laurea in
Fisica, presso l’università del Piemonte Orientale Amedeo Avogadro
•Impianti Solari a norme CEI
Groppi, Zuccaro ed. UTET
•Conversione diretta dell’energia solare in elettricità Robotti
UTET
•Dispositivi elettronici con circuiti integrati
Boringhieri
•Solar electricity
Markvart
ed.Wiley
ed.
Muller Kamins ed.
I.T.I.S. A. Volta Spalto Marengo, 42
15100Alessandria
Tel. 0131 - 22.72.39
Fax0131 - 22.57.13
www.itis.volta.alessandria.it
Rif. Prof. Franco CAPUA
E-mail : [email protected]