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Studenti Mencarelli Luca Piccinini Matteo Pochettini Fabio Vicino Alan Vogogna Dario Piglione Daniele Prof. Ing. Franco Capua (coordinatore) docente di.

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1 Studenti Mencarelli Luca Piccinini Matteo Pochettini Fabio Vicino Alan Vogogna Dario Piglione Daniele Prof. Ing. Franco Capua (coordinatore) docente di Elettrotecnica presso l’ITIS A. Volta di Alessandria

2 IN COLLABORAZIONE CON : Provincia e Comune di Alessandria Unione Europea

3 Il lavoro di ricerca INDICE Presentazione dell’ITIS A. Volta Presentazione dell’ITIS A. Volta Presentazione del progetto: il Villaggio Fotovoltaico in Alessandria Presentazione del progetto: il Villaggio Fotovoltaico in Alessandria Principio di funzionamento delle celle solari Principio di funzionamento delle celle solari Descrizione del progetto (scelte tecnologiche ) Descrizione del progetto (scelte tecnologiche ) Soluzioni architettoniche per integrare le tecnologie Soluzioni architettoniche per integrare le tecnologie Analisi economica Analisi economica Valutazioni ambientali Valutazioni ambientali BIBLIOGRAFIA

4 L’I.T.I.S. A. Volta in Alessandria

5 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.

6 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 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.

7 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. L’ITIS A. Volta

8 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. 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.

9 Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Area dell’insediamento

10 Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Veduta dall’alto

11 II Villaggio Fotovoltaico rappresenta un'iniziativa: innovativa e non un semplice adempimento normativo innovativa e non un semplice adempimento normativo pilota, in quanto integrata in un complesso programma urbanistico, edilizio, ambientale pilota, in quanto integrata in un complesso programma urbanistico, edilizio, ambientale disseminabile, in quanto riproducibile in altri contesti urbani anche con risorse ordinarie 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 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 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 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. didattica, poiché crea cultura intesa come aggiornamento tecnico di progettisti, imprese, operatori del settore in genere. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria

12 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 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. 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 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

13 Operatori esecutivi associati: A.T.C., Agenzia Territoriale per la Casa della Provincia di Alessandria; A.T.C., Agenzia Territoriale per la Casa della Provincia di Alessandria; C.I.E.P.A., Consorzio Imprenditori Edili 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.; UNI-C.A.P.I., Cooperativa di abitazione a proprietà indivisa a.r.l.; CONSORZIO EDILIZIO UNIONE; CONSORZIO EDILIZIO UNIONE; A.R.C.Ab. Alessandria,Associazione Regionale CooperativeAbitazione Piemonte. A.R.C.Ab. Alessandria,Associazione Regionale CooperativeAbitazione Piemonte. Enti invitati permanenti: Enti invitati permanenti: Comune di Alessandria; Comune di Alessandria; Provincia di Alessandria; Provincia di Alessandria; Camera di Commercio di Alessandria; Camera di Commercio di Alessandria; Banca Cassa di Risparmio di Alessandria. Banca Cassa di Risparmio di Alessandria. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria

14 Case di edilizia popolare ATC

15 Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Case edilizia privata

16 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. 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. 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. 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 " 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. II progetto è stato realizzato nell’ambito del programma del 2001 " 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

17 Vantaggi del fotovoltaico Vantaggi del fotovoltaico I vantaggi dei dispositivi fotovoltaici sono molteplici: I vantaggi dei dispositivi fotovoltaici sono molteplici: le esigenze di manutenzione ridotte in quanto non ci sono parti meccaniche in movimento 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 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 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 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 potenza dell'impianto può essere modificata in qualsiasi momento senza problemi la loro integrabilità garantisce la salvaguardia dell’aspetto estetico delle costruzioni. la loro integrabilità garantisce la salvaguardia dell’aspetto estetico delle costruzioni. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria

18 Utilizzi degli impianti fotovoltaici 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 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. 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'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. 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. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria

19 La luce La luce Principio di funzionamento delle celle solari 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 /cm 2 min 1,35 kW/m 2 fig. 2

20 Effetto fotoelettrico Principio di funzionamento delle celle solari

21 La cella solare Principio di funzionamento delle celle solari

22 Caratteristica i,v di un diodo al silicio e di una cella

23 Schemi di collegamento dei diodi di protezione: a)collegamento in serie aumenta la tensione b)collegamento in parallelo aumenta l’intensità della corrente elettrica Principio di funzionamento delle celle solari

24 DETERMINAZIONE DELLE CARATTERISTICHE ELETTRICHE DI UN MODULO FOTOVOLTAICO Ditta costruttrice Eurosolare società del Gruppo E.N.I Modulo tipo P200 N°. seriale A 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

25 DETERMINAZIONE DELLE CARATTERISTICHE ELETTRICHE DI UN MODULO FOTOVOLTAICO

26 Descrizione del progetto (scelte tecnologiche ) (scelte tecnologiche )

27 IMPIANTO IMPRESA DESTINATO AGLI ALLOGGI (per ogni singolo alloggio) MODULO Modello Dimensioni [mm] Potenza tipica [Wp] Potenza minima [Wp] Voltaggio max PW750-12V 1237x556x V DC IMPIANTO N° impianti Campo fotovoltaico kWpcad KWptot moduli INVERTER Modello Potenza di picco [W] Rendimento max Corrente in entrata Uscita AC SMA Sunny-boy % 10 A Monofase Descrizione del progetto (scelte tecnologiche ) (scelte tecnologiche )

28 POTENZA COMPLESSIVA 163 KW(p) AREA IMPIANTI m2 SUPERFICIE NETTA PANNELLI m 2 Superficie lotto m 2 Superficie residenziale m 2 Abitazioni 304 Box 264 Abitazioni dotate di fotovoltaico 192 Descrizione del progetto (scelte tecnologiche ) (scelte tecnologiche )

29 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.

30 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 dei moduli rispetto alle soluzioni perfettamente verticali. Funzione di frangisole. 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. Soluzioni architettoniche per integrare le tecnologie

31 Analisi economica Potenza Impianto [kWp] Tariffa incentivante [€/kWh] Durata incentivo [Anni] Da 1 a > 20 fino a > IL COSTO DELL’ENERGIA FOTOVOLTAICA

32 Analisi economica VILLAGGIO FOTOVOLTAICO DI ALESSANDRIA SUPERFICIE AREA COMPLESSIVA mq SUPERFICIE RESIDENZIALE mq ALLOGGI COMPLESSIVI AREA N° 536 NUOVE AUTORIMESSE IN DOTAZIONE N° 264 APPLICAZIONE fv. SU ALLOGGI N° 192 POTENZA COMPLESSIVA IMPIANTI 160 KWp SUPERFICIE COMPLESSIVA MODULI POSATI MQ. UTILIZZO COPERTURA CONSUMO PARTI COMUNI EDIFICI FINO AL 100% COPERTURA SINGOLI APPARTAMENTI FINO AL 70% COSTO IMPIANTO FOTOVOLTAICO - TOTALE APPLICAZIONI : OPERATORI PRIVATI EURO ,99 A.T.C. € ,39 EDIFICI PUBBLICI € ,00 TOTALE € ,38 FINANZIAMENTO IMPIANTI ( media villaggio % 68,84): OPERATORI PRIVATI EURO ,80 A.T.C. € ,43 EDIFICI PUBBLICI €30.964,00 TOTALE € ,23

33 Analisi economica CALCOLO DEL COSTO/RENDIMENTO TEORICO MEDIO PER ALLOGGIO POTENZA 3 KW - PRODUZIONE KW/ANNO COSTO IMPIANTO MEDIO UNITARIO KWP € COSTO ENERGIA MEDIO UNITARIO KWH €0,1517 RISPARMIO/ANNO € 485,44

34 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

35 Valutazioni ambientali TABELLA DELLE EMISSIONI DI CO2 A KW PRODOTTO INDUSTRIA CO 2 PRODOTTA (Kg/KW) Solare fotovoltaico0 Incenerimento dei rifiuti solidi urbani0,94 Impianto tradizionale a carbone0,9 Impianto a "carbone pulito"0,8 Impianto tradizionale a gas0,5 Impianto a ciclo combinato a gas0,37 Impianto termoelettrico0,65 Combustione di gas naturale0,605 Combustione di metano0,25 Combustione di petrolio0,855 Olio combustibile0,72

36 Valutazioni ambientali

37 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 ed. UTET Dispositivi elettronici con circuiti integrati Muller Kamins ed. Boringhieri Solar electricity Markvart ed.Wiley

38 I.T.I.S. A. Volta Spalto Marengo, Alessandria Tel Fax Rif. Prof. Franco CAPUA


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