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ENERGIA SOLARE Per energia solare si intende l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal Sole verso la Terra.

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1 ENERGIA SOLARE Per energia solare si intende l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal Sole verso la Terra. L’energia del sole alimenta tutti i processi vitali, come ad esempio la crescita delle piante, ed è all’origine dell’energia contenuta nei combustibili fossili. La luce del sole fu sfruttata già dal matematico e filosofo greco Archimede per distruggere le navi da guerra nemiche: egli utilizzò alcuni specchi per riflettere la luce sulle navi e incendiarle.

2 VANTAGGI SVANTAGGI E’ un'energia gratuita, Pulita e silenziosa
Ogni anno il sole irradia sulla terra miliardi di TEP  (Tonnellate Equivalenti Petrolio) mentre la domanda annua di energia è di circa 8 miliardi di TEP. In Italia la domanda annua è di circa 167 milioni di TEP. Risorse globali di energia solare VANTAGGI E’ un'energia gratuita, Pulita e silenziosa abbondante disponibile con continuità Non produce emissioni, non utilizza carburante Non genera scorie né inquinamento SVANTAGGI Legata all’alternarsi giorno-notte, delle stagioni e delle condizioni climatiche Fonte intermittente E variabile Alcune zone della terra sono più favorite di altre Maggiormente colpite dall’irraggiamento solare (Sahara e Arizona)

3 Utilizzo dell’energia solare
Due sono le tecnologie principali per estrarre energia dal sole: SOLARE FOTOVOLTAICO SOLARE TERMICO SOLARE TERMICO A BASSA TEMPERATURA (sotto i 100° C) collettore solare (pannello solare) PANNELLO SOLARE TERMICO A MEDIA TEMPERATURA forni solari = concentrazione dei raggi solari per raggiungere temperature maggiori di 250 °C. CENTRALE SOLARE TERMICO AD ALTA TEMPERATURA “solare termodinamico”, = produzione di elettricità: specchi parabolici lineari, torri solari e sistemi a Concentratori Parabolici.

4 Collettore solare Il primo collettore (o pannello) solare fu costruito nel XVIII secolo dallo scienziato svizzero Horace Benedict de Saussure: era una semplice scatola di legno, con un vetro nella parte esposta al sole e la base di colore nero, capace di assorbire la radiazione solare termica: il pannello consentiva di raggiungere temperature di circa 87 ºC. La tecnologia del solare termico consente di trasformare direttamente l’energia associata alla radiazione solare in energia termica. Sfrutta il principio basilare della termodinamica della trasmissione del calore da un corpo “caldo” ad uno “freddo”: il corpo caldo è il Sole, che irraggia energia nello spazio circostante, ed il corpo freddo è il fluido che scorre all’interno del pannello; abbiamo, quindi, un sistema che funziona senza l’uso di alcun combustibile.

5 Dopo aver assorbito calore passando attraverso tubi a serpentina collocati nel pannello, il fluido restituisce l'energia assorbita, attraverso uno scambiatore. Infine il fluido viene nuovamente convogliato nel pannello per mezzo di una pompa, in modo da chiudere il ciclo. Essi sono generalmente costituiti da: una piastra di assorbimento Una lastra trasparente protettiva Un isolante termico Canali di circolazione dell’acqua o dell’aria Un contenitore

6 Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d’acqua in un giorno, a secondo dell’efficienza che varia, con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore, tra il 30 % e 80 %

7 I collettori solari termici utilizzano l’energia del sole per poi trasformarla in calore necessario a riscaldare l’acqua sanitaria e come integrazione al riscaldamento, utilizzarla quindi per l’uso quotidiano, usando il gas o l’elettricità solo per brevi periodi e come aiuto in caso di lunga mancanza del sole. Di solito i collettori vengono installati sui tetti e orientati opportunamente in relazione alla posizione geografica del luogo.

8 Il serbatoio provvede a immagazzinare l'acqua domestica che viene messa a contatto con il fluido tramite una serpentina. La serpentina consente al fluido di trasferire all'acqua l'energia immagazzinata senza contaminare l'acqua. I pannelli solari sono in grado di fornire acqua calda e riscaldamento in buone quantità ma non possono sostituire completamente gli usuali metodi di riscaldamento per via dell'incostanza dell'energia solare.

9 Centrale solare a collettori parabolici
il campo solare è costituito da collettori parabolici lineari, collegati in serie e disposti in file parallele della lunghezza di alcune centinaia di metri. Ciascun collettore è costituito da un riflettore di forma parabolica (un comune specchio di vetro) che concentra i raggi solari su un tubo assorbitore (ricevitore), disposto sul fuoco della parabola. Un fluido portatore di calore, (olio minerale o sali) viene pompato attraverso i tubi ricevitori fino a un serbatoio di accumulo, necessario se si vuole supplire ai momenti di scarsa o nulla insolazione (come la notte) Per esempio nella centrale sperimentale Archimede di Priolo l’accumulo termico è sufficiente per coprire la produzione elettrica per 8 ore in assenza di sole.

10 L’accumulo è in contatto termico con uno scambiatore di calore, che attraverso una caldaia genera vapore; questo viene utilizzato per muovere delle turbine collegate a sua volta a degli alternatori per produrre così corrente elettrica. Gli specchi concentratori sono completamente automatizzati in modo da inseguire costantemente il Sole nel suo moto apparente in cielo massimizzando così la resa durante l’intero arco della giornata.

11 Gli specchi parabolici

12 Pannello solare a concentrazione
Gli specchi concentrano la luce sul tubo centrale termovettore Il pannello solare a concentrazione, concentra i raggi solari su un opportuno ricevitore; attualmente il tipo più usato è quello a specchi parabolici a struttura lineare che consente un orientamento monodimensionale (più economico) verso il sole e l'utilizzo di un tubo ricevitore in cui è fatto scorrere un fluido termovettore per il successivo accumulo di energia in appositi serbatoi Nel 2001 l'ENEA ha avviato lo sviluppo del progetto Archimede, .

13 Centrale solare a specchi di Odeillo, nei Pirenei francesi.

14 Esistono anche analoghe centrali solari con specchi riflettenti piani non parabolici che riflettono e concentrano l’energia solare su una torre solare, posta al centro dell’impianto, su cui scorre il fluido termovettore e perciò dette centrali solari a torre.

15 Centrale solare a torre
Negli impianti a torre, il campo solare è costituito da specchi piani(eliostati) che inseguono il moto del sole, concentrando i raggi solari su un ricevitore, montato in cima ad una torre, posizionata al centro dell’impianto. All’interno del ricevitore viene fatta circolare una miscela di sali fusi, che assorbe il calore e lo accumula in appositi serbatoi. Con il calore accumulato ad alta temperatura (565°C), si produce vapore per alimentare un turbogeneratore.

16 Pannello fotovoltaico
Il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolari materiali di produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce. Quando i fotoni (particelle di energia del sole) colpiscono una cella fotovoltaica, una parte di energia è assorbita dal materiale ed alcuni elettroni, scalzati dalla posizione che occupano nella struttura atomica, scorrono attraverso il materiale semiconduttore, producendo una corrente continua, che può essere raccolta sulle superfici della cella. Le celle sono collegate in serie o in parallelo e formano un modulo, che rappresenta il componente base di ogni impianto fotovoltaico. I moduli sono poi collegati tra di loro per realizzare impianti di produzione di energia elettrica della potenza desiderata.

17 CELLE FOTOVOLTAICHE Nella cella fotovoltaica, o pila fotoelettrica, l'energia radiante della luce provoca il moto degli elettroni tra strati adiacenti di materiali semiconduttori diversi, generando corrente: si tratta di pannelli ricoperti di piastrine molto sottili costruite con materiali particolari (generalmente silicio o germanio), trattate in modo da creare su di esse una zona con eccesso di elettroni e una con eccesso di cariche positive.

18 Quando una radiazione di adeguate caratteristiche colpisce la zona di contatto tra i due strati (giunzione), i materiali reagiscono e si origina una grande quantità di elettroni che migra verso le estremità di segno opposto producendo una corrente elettrica. Sono in grado di funzionare anche in assenza di luce diretta o in caso di cielo coperto.

19 L'IMMAGAZZINAMENTO DELL'ENERGIA.
Questi pannelli non avendo parti mobili o altro necessitano di pochissima manutenzione. Vanno solo puliti periodicamente. La durata operativa stimata dei pannelli fotovoltaici è di circa 30 anni. I difetti principali di questi impianti sono: IL COSTO DEI PANNELLI L'IMMAGAZZINAMENTO DELL'ENERGIA. I pannelli fotovoltaici ad alta efficienza hanno ancora un costo molto elevato, il governo ha deciso proprio in questi giorni di non dare più incentivi all’energia alternativa. l'energia viene prodotta istantaneamente e non può essere immagazzinata in modo semplice. Grazie a una legislazione che prevede incentivi economici all'installazione di pannelli solari e la possibilità di vendere l'energia prodotta in eccesso al gestore della rete di trasmissione, la Germania è al primo posto in Europa per la potenza elettrica prodotta da energia solare.

20 Una comune cella fotovoltaica in Silicio policristallino
Le pale dell’elicottero, che accolgono una coppia di celle fotovoltaiche, gireranno da sole spinte da un motorino elettrico estremamente silenzioso. Basterà la luce diretta del sole o di una lampada alogena a fornire tutta l’energia di cui il motore ha bisogno

21 Con campo fotovoltaico si intende l'insieme di pannelli fotovoltaici disposti su stringhe ovvero serie elettriche. Le varie stringhe di moduli fotovoltaici possono, a seconda delle esigenze, essere tra loro connesse in parallelo mediante opportuni quadri elettrici Campo fotovoltaico Oltre a terreni aperti si possono sfruttare tettoie di grandi parcheggi, facciate di palazzi, etc. Un campo fotovoltaico con moduli in silicio monocristallino Un campo fotovoltaico per connessioni alla rete raggiunge facilmente voltaggi elevati, per le lunghe stringhe realizzate

22 1. Componenti principali
• Cella: componente che trasforma la radiazione solare in energia elettrica, sfruttando l’effetto fotovoltaico. • Modulo: è ottenuto dalla connessione elettrica, in serie o parallelo, delle diverse celle fotovoltaiche (36 o72 celle). • Pannello: è un gruppo di moduli montati su di un’unica struttura di sostegno; • Stringa: è l’insieme di moduli collegati elettricamente in serie, in modo da fornire la potenza richiesta. • Campo fotovoltaico: è l’insieme di più stringhe collegate elettricamente. • Inverter: componente che trasforma la corrente continua proveniente dai moduli in corrente alternata.

23 Come funziona L’unità fondamentale del parco fotovoltaico è la cella, costruita con materiale semiconduttore (Silicio mono o poli cristallino), che consente di trasformare la radiazione solare in energia elettrica. Una singola cella produce una tensione di 0,5 V e una corrente di 3 A, fornendo una potenza di 1,5 W. Collegando più celle in serie/parallelo tra loro si ottiene un pannello fotovoltaico. Più moduli, elettricamente collegati in serie, formano la stringa. Infine il collegamento elettrico in parallelo di più stringhe costituisce il parco.

24 Il più grande impianto fotovoltaico in funzione al mondo è il Solarpark Mühlhausen, installato all'interno del più esteso Bavaria Solarpark di Mühlhausen, Germania.

25 Dove Terreno preferibilmente in Sud Italia, dove la radiazione solare incidente permette una più elevata producibilità Estensione pari ad almeno 3 ettari (circa 1 MWp – impianto fisso) Terreni pianeggianti Forma geometrica possibilmente regolare (es. rettangolo / quadrato) Assenza di vincoli ambientali/paesaggistici Vicinanza a cabine/linee elettriche Vicinanza a strade e facile accessibilità a mezzi di cantiere Aree il più possibile sicure Destinazione d’uso del campo classificato come E verde agricolo Il rendimento del parco, oltre che alla radiazione solare, dipende anche dagli accorgimenti utilizzati in fase di installazione. Le condizioni ideali in questo senso sono: Esposizione a sud Inclinazione, per pannelli fissi, di circa 30° Assenza di ombreggiamenti

26 Inseguitore solare Una soluzione ai problemi di inclinazione ed esposizione è rappresentata dagli impianti ad inseguimento, monoassiale o biassiale, che ruotano in funzione dello spostamento del sole. Un campo fotovoltaico può, essere montato su strutture fisse o semoventi. Il silicio cristallino, infatti, risulta molto sensibile all'incidenza con cui la luce ne colpisce la superficie. Di conseguenza in alcuni casi risulta opportuno impiegare strutture dette inseguitori che rilevano la posizione del sole e orientano il campo fotovoltaico di conseguenza. Un campo fotovoltaico montato su inseguitore di azimuth

27 di impianto solare isolato
APPLICAZIONI PIÙ COMUNI di impianto solare isolato 1 Telecomunicazioni I pannelli fotovoltaici possono essere impiegati per alimentare ripetitori radiotelevisivi posti in aree isolate. Alcuni esempi sono: apparecchi telefonici; stazioni di rilevamento e trasmissione dati (meteorologici, sismici, sui livelli dei corsi d’acqua, sulla presenza di incendi), spesso molto utili nei servizi di protezione civile. 2 Servizi pubblici I pannelli solari fotovoltaici possono essere utilizzati efficacemente per l'illuminazione di strade e giardini, per le fermate dei mezzi pubblici e in generale per la segnaletica stradale. L'utilizzo di questo tipo di applicazioni è  sempre più presente sulla nostra rete stradale.  3 Sanità per i paesi in via di sviluppo Gli impianti a pannelli solari fotovoltaici sono particolarmente utili in aree povere del mondo dove possono essere utilizzati per alimentare refrigeratori  per la conservazione di vaccini e sangue.

28 4 Agricoltura Impianti di pompaggio dell’acqua (molto importanti nei paesi in via di sviluppo); sistemi di irrigazione automatica. Industria - Protezione catodica di gasdotti, oleodotti e altri tipi di tubazioni; fornitura di potenza in generale, in particolare per carichi elettrici limitati (dell’ordine di qualche kW) sempre in zone lontane dalla rete o dove questa non risulta affidabile (discontinuità nell’erogazione). 5 Residenziale Fornitura di potenza (soprattutto illuminazione) per case e rifugi montani. Molto significative le applicazioni di questo tipo nei paesi in via di sviluppo: i sistemi fotovoltaici non richiedono particolari manutenzioni e sono di semplice installazione. 6 Tempo libero Carica delle batterie delle imbarcazioni e dei camper. E’ stato messo a punto un kit fotovoltaico per camper che consente al camperista di ricaricare la batteria di servizio mentre è in viaggio grazie al pannello solare posizionato sul tetto.

29 La cucina solare è stata acquistata da www. eg-solarar
La cucina solare è stata acquistata da (Germania) al prezzo di 388 euro spedizione compresa. Nel sito si trovano diversi modelli. E' realizzata completamente in alluminio eccetto gli appoggi in legno. La superficie riflettente è di alluminio lucidato, in fogli sottili. Viene realizzata da una scuola professionale, che la fornisce all'associazione EG-Solar che la propone per il terzo mondo dove c'è scarsità di biomassa e dove la raccolta di legna è compito delle donne (che devono anche cucinare) e dei bambini, costretti a percorrere chilometri per la raccolta di legna da ardere, dove c'è vera scarsità di materiale. Quindi la proposta è non solo ecologica, protezione delle poche piante disponibili in un ambiente ostile, ma è anche sociale. Può essere usata anche come sterilizzatore, per piccoli ospedali, basta appoggiare sulla griglia l'apposito bollitore ermetico. Questa ha un diametro di 1,4 metri e con una insolazione di 800 watt/m2 è capace di fornire al "fuoco" 1200 w. Occorre una pentola in alluminio che all'esterno sia nera, per un maggior rendimento. 2 litri di acqua dovrebbero bollire in 20 minuti, con sole pieno e costante.

30 Cilindro parabolico Il cilindro parabolico è una tecnologia che utilizza l'energia solare per ottenere temperature di 200°-300 °C. Con dette temperature, si può produrre acqua calda per uso domestico e per integrazione al riscaldamento. È pure possibile fare funzionare un motore Stirling per la produzione di energia. Il calore infatti fa espandere un gas che spinge un pistone, che a sua volta aziona il compressore. Per ottenere le cosiddette medie temperature ( °C), bisogna concentrare i raggi su una caldaia tubolare, per mezzo di specchi curvi o strisce di specchi. La caldaia tubolare, è preferibile costruirla sottovuoto e proteggerla col vetro piran. Per contenere l'energia di funzionamento, è necessario far coincidere il fuoco della parabola con il baricentro della struttura, onde ridurre al massimo la forza necessaria per la rotazione. Il cilindro parabolico è costituito da: Col cilindro parabolico, rispetto ai pannelli piani, si hanno alcuni vantaggi: Questo cilindro parabolico che si vede in foto, ha una superficie apparente di 20 m2, (vera di 27 m2). Esso è in funzione dagli anni 70.

31 Innovazioni L'università di Toronto ha inventato un materiale plastico che sfruttando nanotecnologie converte i raggi solari e infrarossi (quindi funziona anche con il tempo nuovoloso) in elettricità. Si ritiene che costruendo i futuri pannelli fotovoltaici con questo materiale se ne aumenteranno le prestazioni di cinque volte tanto. Può essere inoltre usato come generatore portatile e quindi essere spruzzato su superfici di altri materiali(ad esempio vestiti o su una batteria di auto a idrogeno) Si pensa che basterebbe ricoprire lo 0,1% della Terra di questa nuova tipologia di pannelli per sostituire tutte le altre centrali.

32 FUTURO Attualmente la maggior parte degli studi si concentrano su nuove generazioni di celle fotovoltaiche dotate di una maggior efficienza di quelle attuali o su celle fotovoltaiche dotate di un'efficienza simile a quella delle celle attuali ma molto più economiche. Studi più ambiziosi puntano alla realizzazione di centrali solari orbitanti. Queste centrali dovrebbero raccogliere i raggi solari direttamente nello spazio e trasmettere la potenza assorbita sulla Terra per mezzo di microonde o raggi laser. Gli attuali progetti di costruzione prevedono l'installazione di queste centrali nel 2040.

33 Il pannello solare ad aria calda
Alcuni sistemi a energia solare prevedono che le strutture degli edifici vengano progettate in modo da trarre il proprio riscaldamento e raffreddamento da fonti di energia naturali, quali il sole . Ad esempio, in questa casa uno "spazio solare" funge da collettore di calore in inverno (con gli schermi solari aperti) e da intercapedine in estate (a schermi chiusi). Le spesse pareti dell'abitazione limitano le escursioni termiche all'interno, conservando il calore d'inverno e il fresco d'estate. Le cisterne d’acqua servono a incamerare durante il giorno il calore necessario durante la notte.

34 L'impianto fotovoltaico di Tirano
L’impianto fotovoltaico di Tirano, denominato “TCVVV TIRANO“, è stato realizzato sulla copertura di un manufatto industriale di proprietà della società TCVVV S.p.A. località di installazione Tirano (SO); inclinazione del campo fotovoltaico: 30°e 37° rispetto al piano orizzontale per i pannelli disposti sulle falde del tetto al fine di seguirne l'orientamento naturale, 30° per le file disposte sulla parte di tetto orizzontale; azimut del campo fotovoltaico: 0° Sud

35 Dimensionamento ed energia producibile
Potenza istantanea 36 kW Produzione giornaliera 69,3 kWh Totale Emissioni Co2 evitate 167,52 ton di CO2 Produzione totale kWh Ultimo aggiornamento 01/03/2011 h 11:00 Il campo fotovoltaico prevede l'installazione di 392 pannelli a silicio monocristallino ad alto rendimento. L'installazione dei pannelli è stata realizzata per mezzo di supporti in alluminio. Le stringhe installate sul tetto a falde seguono la normale inclinazione della copertura limitando al massimo l'impatto visivo e con un'inclinazione quasi ottimale (37° e 30°) mentre le stringhe installate sul tetto piano sono rivolte a sud con un angolo d'inclinazione ottimale al fine di captare la massima energia irraggiata dal sole. Dati impianto fotovoltaico

36 Dimensionamento ed energia producibile
La connessione dei moduli prevede la realizzazione di 38 stringhe come segue: 32 stringhe da 10 moduli ciascuna; 6 stringhe da 12 moduli ciascuna. L'impianto non prevede un sistema d'accumulo d'energia; è connesso direttamente alla rete di bassa tensione dell'Azienda Energetica Multiservizi di Tirano vendendo istantaneamente l'energia prodotta alla rete pubblica contabilizzata per mezzo di un contatore.


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