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Laboratorio di sintesi finale Sfruttamento dell’energia solare: fotovoltaica e termica Docente di riferimento: prof. F. Inzoli Sara Livio, matr. 647844.

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Presentazione sul tema: "Laboratorio di sintesi finale Sfruttamento dell’energia solare: fotovoltaica e termica Docente di riferimento: prof. F. Inzoli Sara Livio, matr. 647844."— Transcript della presentazione:

1 Laboratorio di sintesi finale Sfruttamento dell’energia solare: fotovoltaica e termica Docente di riferimento: prof. F. Inzoli Sara Livio, matr Paola Parravicini, matr Politecnico di Milano – Sede di Como Facoltà di Ingegneria Corso di studi in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio

2 L’Energia Solare Il Sole emette con continuità energia sottoforma di radiazione elettromagnetica. All’ingresso dell’atmosfera, la costante solare vale circa 1350 W/m 2 Al suolo, essa si riduce a 1000  300 W/m 2 In seguito a fenomeni di riflessione e assorbimento

3 L’effetto fotovoltaico  Consiste nella conversione dell’energia elettromagnetica in energia elettrica, generalmente ad opera di materiali semiconduttori. Produzione: 1÷1,5 Wp Struttura di una cella fotovoltaica

4 Celle fotovoltaiche: tecnologie disponibili

5 Tipologie di impianto: impianti stand alone l’energia elettrica prodotta in eccedenza viene accumulata in batterie per essere utilizzata in momenti di bassa insolazione o di buio. Schema d’impianto

6 Impianti stand alone: applicazioni -Utenze isolate - Servizi

7 Tipologie di impianto: impianti grid-connected la corrente continua prodotta dai moduli viene convertita in corrente alternata e, se non è utilizzata, viene immessa nelle rete elettrica nazionale Schema d’impianto

8 Impianti grid connected: applicazioni -Piccoli impianti - Centrali fotovoltaiche

9 Tipi di installazione -Retrofit  applicato a superfici esistenti - Integrato  in sostituzione di elementi strutturali

10 Tipi di installazione - Sistemi a inseguimento (girasoli solari)

11 Criteri generali di dimensionamento -Quantificazione dei consumi energetici -Radiazione solare disponibile  numero di moduli  ev. numero di batterie. - Posizionamento dei moduli

12 Esempio di calcolo: superficie necessaria Per impianto domestico grid-connected da 3KWp, ipotizzando un rendimento dei moduli del 12% potenza elettrica erogata  potenza elettromagnetica ricevuta 3 (KWp) 0,12  1 (KW/m 2 ) · A (m 2 ) 3 A  25  m 2 0,12 E’ richiesta un’area minima di 25 m 2.

13 Considerazioni sugli impianti fotovoltaici Vantaggi -Elevata affidabilità e durata (circa 25–30 anni); -Bassi costi di manutenzione; -Semplicità d’installazione; -Modularità. Svantaggi -Costi di installazione elevati; -Bassi rendimenti di conversione; -Necessità di grandi superfici.

14 SISTEMI SOLARI TERMICI

15 Permettono la conversione della radiazione solare in energia termica. Conversione:  BASSA TEMPERATURA (< 100°C)  MEDIA TEMPERATURA (oltre 250°C)  ALTA TEMPERATURA (collettori solari termici ad alta concentrazione)

16 IL COLLETTORE SOLARE PIANO -Superficie selettiva trasparente -Piastra assorbente -Tubi in cui scorre il fluido termovettore -Strato isolante η= 17 – 22%  Calore ceduto al fluido termovettore    Radiazione incidente sul collettore Rendimento:

17 COLLETTORE SOTTOVUOTO Struttura base: tubi di vetro concentrici. Nello spazio intermedio è creato il vuoto. Al centro dei tubi è inserito un tubo di rame a forma di U, dove scorre il fluido termovettore.  COLLETTORI TUBOLARI SOTTOVUOTO Rendimento: 70%  COLLETTORI HEAT PIPE Rendimento: 80%

18 SISTEMI A CIRCOLAZIONE NATURALE Serbatoio di accumulo dell’acqua posto al di sopra del collettore. Non è necessaria la presenza di una pompa  VANTAGGI: Costo limitato Installazione semplice  SVANTAGGI: Limitata portata ridotte prestazioni energetiche Problemi di mantenimento della temperatura dell’acqua nel serbatoio in inverno Utenze piccole (4-5 persone)

19 SISTEMI A CIRCOLAZIONE FORZATA Serbatoio di accumulo all’interno dell’edificio. Circolazione fluido avviene tramite pompa centrifuga  VANTAGGI: Ampie possibilità soddisfacimento dell’utenza Buona efficienza grazie alla stratificazione termica del serbatoio a alla possibilità di regolazione della portata  SVANTAGGI: Costo superiore Installazione più complessa

20 IMPIANTO SOLARE COMBINATO  Produzione di acqua calda sanitaria e integrazione al riscaldamento degli ambienti  Soluzione migliore: integrazione con sistemi di riscaldamento a bassa temperatura (pannelli radianti a pavimento,…)  Inclinazione pannelli supera 50°  Alternative impiantistiche: Serbatoio “tank in tank” Serbatoio di accumulo per acs e scambiatore di calore per circuito riscaldamento

21 Impianto combinato con accumulo tank in tank

22 Caratteristiche dell’utenza: 5 persone Superficie abitazione da scaldare: 140 m 2 Fabbisogno energetico: kWh/anno per acqua calda sanitaria kWh/anno per riscaldamento ambienti Caratteristiche dell’impianto solare: Superficie collettori: 14 m 2 Volume accumulo: 1000 l Copertura energetica: Acqua calda sanitaria: 90% Riscaldamento ambienti: 40%

23 Impianto combinato: serbatoio di accumulo per acqua calda sanitaria e scambiatore di calore per circuito di riscaldamento

24 RISCALDAMENTO PISCINA Il fabbisogno maggiore è nel periodo estivo, quando c’è maggior disponibilità di energia solare In caso di riscaldamento combinato di piscina e acqua calda sanitaria, necessario un sistema di regolazione dell’afflusso di calore in base alla priorità. Copertura fabbisogno energetico: 100%

25 CONCLUSIONI: Valutazioni economiche E’ necessario tenere conto di Tempo di ritorno economico Esternalità ambientali

26 CONCLUSIONI: Valutazioni ambientali Benefici in termini di riduzione annua di emissioni (in particolare di CO 2 ) rispetto alle fonti energetiche tradizionali Importanza di analizzare l’intero ciclo di vita del prodotto (dall’utilizzo di materie prime allo smaltimento finale)


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