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1..Presentazione.. Guardando il mondo si può dire che tutto si sviluppa mediante una continua trasformazione di energia. Il nostro corpo trasforma lenergia.

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1 1..Presentazione.. Guardando il mondo si può dire che tutto si sviluppa mediante una continua trasformazione di energia. Il nostro corpo trasforma lenergia del cibo in tutte le forme necessarie alla nostra vita, ma anche tutto ciò che ci circonda si basa sulla trasformazione dellenergia. Il sole è la fonte energetica più importante per la terra. La vita, in tutte le sue forme, dipende dallenergia 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. Lenergia 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 lenergia chimica della benzina in energia meccanica ossia in movimento.

2 2 La quantità di energia solare incidente sulla fascia esterna dellatmosfera terrestre nellunità 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. Lenergia 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. Luso di questenergia, 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. Luso dei combustibili fossili, produce anidride carbonica che immessa nellatmosfera 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 dellambiente 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.

3 3 Per evitare queste conseguenze si sta incrementando lutilizzo dellenergia alternativa. Tra queste vi sono le fonti rinnovabili che si basano su fonti primarie derivanti dallenergia solare, dallenergia termica contenuta allinterno della terra e dallenergia gravitazionale accumulata dai movimenti dei pianeti. Si sta cercando di utilizzare quanto più possibile: 01 ) Lenergia solare, mediante lutilizzo dei pannelli solari ( per riscaldamento acqua) e fotovoltaici ( per produzione energia elettrica); 02 ) Lenergia idroelettrica; 03 ) Lenergia del vento; 04 ) Lenergia delle onde marine; 05 ) Lenergia delle biomasse. Esistono altre fonti di produzioni di energia, come lenergia nucleare, che si basa sullenergia contenuta sulla materia. Oggi questo avviene mediante la fissione delluranio, 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 dellidrogeno. Altra fonte per la produzione dellenergia è il carbone, che però crea un incremento delleffetto serra in modo molto superiore a quello degli idrocarburi a parità di energia prodotta. Per abbassare leffetto serra è stato concordato da alcuni stati, un protocollo detto di Kyoto nel 1997 e successivamente aggiornato.

4 4..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 lacqua 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 dellaria 4. Dispositivi di sicurezza e valvole di sicurezza 5. Vaso di espansione a membrana

5 5..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 lacqua calda ad uso sanitario, si dispone negli strati più alti del serbatoio di accumulo. Lacqua 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.

6 6..i collettori solari.. Il compito dei collettori solari La piastra captante Lisolamento 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

7 7..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: Larea della superficie lorda calcolabile come prodotto delle dimensioni esterne del collettore; Larea della superficie di ingresso della luce del collettore pari allarea attraverso la quale filtra la radiazione solare; La superficie della piastra captante corrispondente allarea della superficie captante

8 8..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 dellirraggiamento e un miglioramento del rendimento energetico del sistema. Le piastre con canalizzazione sono caratterizzate da una quantità di fluido per unità di superficie minore rispetto a quelle a libera circolazione del fluido.

9 9..lisolamento termico.. Per ridurre le perdite di calore verso lesterno 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 allisolamento 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 lisolamento 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 dallumidità.

10 10..le guarnizioni.. Le guarnizioni impediscono lingresso di acqua, polvere ed insetti allinterno 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 lesterno. La copertura trasparente, da un lato, impedisce che la radiazione riflessa dalla piastra si disperda nuovamente verso lesterno favorendo leffetto serra e, dallaltro, limita la dispersione del calore che la piastra rilascia verso lesterno per convenzione.

11 11..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...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...limiti di un collettore solare piano.. 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.

12 12..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 lacqua 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 dellaria 4. dispositivi di sicurezza nel circuito solare 5. valvole di sicurezza 6. vaso di espansione a membrana

13 13 Energie alternative… …La salvezza del nostro pianeta! Note e nostre riflessioni sul fotovoltaico

14 14 Il Sole: una fonte di ENERGIA Il sole è la fonte energetica più importante per la terra, infatti la vita dipende dallenergia 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 lenergia che luomo usa in un anno.

15 15 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 lenergia solare per produrre energia elettrica, da sfruttare per scopi domestici

16 16 Leffetto fotovoltaico fu scoperto per la prima volta intorno al 1860 e lelemento 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. Cose leffetto fotovoltaico?

17 17 La cella fotovoltaica è lelemento 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 laltro 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.

18 18 - 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...Diversi tipi di celle fotovoltaiche.. A seconda del processo di produzione, si distinguono i seguenti tipi di celle fotovoltaiche:

19 19 Ecco lo schema del funzionamento di un pannello fotovoltaico:

20 20 Linverter 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 lenergia prodotta in rete, mentre i secondi alimentano prima i carichi domestici, e poi immettono lenergia residuale in rete.

21 21 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. Gli inverter di ultima generazione sono in grado di:

22 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 integrato architettonicamente da 3,15 KWp a Palermo. In regime di scambio sul posto. Costo chiavi in mano ( stima): IVA= Producibilità totale annua a Palermo = 5387 KWp Guadagno annuo dalla vendita dellenergia del KWh FV (5387*0.49 = = 2639,63 Risparmio annuale sul costo evitato dallenergia: 5387*0,18= 969,66 Vantaggio economico totale annuale (2639,63+969,66) = 3609,29 Tempo totale di ammortamento dellimpianto (19800/3609,29)= (in sicurezza per tener conto di imprevisti ed approssimazioni) circa 7 anni Tasso di redditività dellimpianto 15,20%

23 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 parzialmente integrato da 3,15 KWp a Palermo In regime di scambio sul posto. Costo chiavi in mano ( stima): IVA= Producibilità totale annua a Palermo = 5387 KWp Guadagno annuo dalla vendita dellenergia del KWh FV (4.494*0.44 = = 2370,28 Risparmio annuale sul costo evitato dallenergia: 5387x0,18= 969,66 Vantaggio economico totale annuale (2370,28+969,66) = Tempo totale di ammortamento dellimpianto (19800/3339,94)=( in sicurezza per tener conto di imprevisti ed approssimazioni ) = 7,5 anni Tasso di redditività dellimpianto 14,00%

24 24 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): IVA= Producibilità totale annua a Palermo = 5387 KWp Guadagno annuo dalla vendita dellenergia del KWh FV (5387*0.40 = = 2157,80 Risparmio annuale sul costo evitato dallenergia:4494x0,18= 969,66 Vantaggio economico totale annuale (2157,80+969,66) = 3127,46 Tempo totale di ammortamento dellimpianto (19800/3127,46)=( in sicurezza per tener conto di imprevisti ed approssimazioni ) = 8 anni Tasso di redditività dellimpianto 13,10%

25 25..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...collettore ad accumulo integrato.. In questo caso il collettore funge anche da serbatoio di accumulo dellacqua. 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 dallutenza finale. Qualora la temperatura invernale dovesse scendere sotto lo zero è necessario svuotare il collettore per evitare che lacqua in esso contenuta congeli e comprometta il buon funzionamento del sistema solare. È possibile ridurre il rischio che si verifichi tale inconveniente inserendo una lastra di materiale isolante trasparente sotto la copertura di vetro. Pannello fotovoltaico presente nel nostro Istituto Tecnico Industriale E.Majorana di Milazzo

26 26 Il sole emette raggi solari Questi sono catturati dai pannelli fotovoltaici che li trasformano in energia elettrica La corrente prodotta dai pannelli fotovoltaici viene utilizzata per alimentare le industrie Tutto ciò migliora la condizione di vita poiché lenergia prodotta è di uguale entità lo sai che con lutilizzo di pannelli fotovoltaici produci la stessa quantità denergia riducendo linquinamento Si. Solo cosi ai nostri Figli, potremo lasciare un MONDO MIGLIORE RISPETTO A QUELLO CHE ABBIAMO RICEVUTO

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28 28..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.

29 29..i collettori sottovuoto....collettori a tubi evacuati.. Per ridurre le dispersioni di calore tipiche di un collettore solare e migliorarne lefficienza, 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 dellestremità superiore, grazie ad un condotto di raccolta nel quale scorre il fluido termovettore. I tubi vengono poi fissati, in corrispondenza dellestremità inferiore, ad un apposito supporto.

30 30..I vantaggi di un collettore a tubi sottovuoto.. mantiene unelevata efficienza anche in presenza di elevate differenze di temperatura tra la piastra captante e lambiente circostante mantiene unelevata 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.

31 31..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 lacciaio inossidabile viene aggredito più facilmente dallacqua 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 lacqua 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 dellaccumulo viene realizzato un collegamento alla parte idrica per lapprovvigionamento di acqua fredda. La pressione operativa nei serbatoi pressurizzati è di 4-6 bar.

32 32.. 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 dacqua 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 dellaccumulo avvenga con massima efficienza anche quando il fluido del circuito solare non raggiunge temperature elevate.

33 33..la coibentazione del serbatoio di accumulo.. Lisolamento del serbatoio ha la funzione di ridurre al minimo le dispersioni di calore verso lesterno. 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 allaltezza dello scambiatore solare. Il sensore per la regolazione del sistema di riscaldamento ausiliario comunica invece alla centralina il livello di temperatura raggiunto nel serbatoio.

34 34..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 lacqua potabile che riceve calore attraverso la propria parete dal fluido contenuto nel serbatoio più esterno. Il serbatoio per lacqua è posizionato nella parte alta del serbatoio tampone che viene mantenuta in temperatura mediante lausilio di un sistema di riscaldamento integrativo. Nella zona bassa del serbatoio tampone è invece collocato lo scambiatore di calore solare.

35 35..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 lintroduzione disuniforme dellacqua riscaldata. Questo sistema consente di introdurre acqua nel serbatoio allaltezza dello strato che si trova alla stessa temperatura del fluido in ingresso. I serbatoi di accumulo stratificati vengono utilizzati per il solo riscaldamento dellacqua sanitaria mediante fonte solare.

36 36..Il circuito solare.. Il circuito solare, di collegamento tra il collegamento ed il serbatoio daccumulo, 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 allinterni del circuito lo scambiatore di calore del circuito solare: è il mezzo grazie al quale il calore passa dal fluido di lavoro allacqua ad uso sanitario gli elementi di raccordo e le attrezzature per il riempimento, lo svuotamento e lo scarico il sistema di sicurezza:il vaso despansione e la valvola di sicurezza preservano il sistema dal rischio di guasto derivante dallaumento di volume del fluido nel circuito al crescere dalla temperatura.

37 37..le pompe solari.. Le pompe specifiche per gli impianti solari attualmente in commercio hanno un ampio range di potenze il che permette, con luso 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.

38 38..Scambiatore di calore del sistema solare.. Gli scambiatori servono per trasferire il calore allacqua 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 luno accanto allaltro 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 allaltro tipo si scambiatore; è necessario una pompa supplementare sul lato secondario dello scambiatore. Questi ultimi vengono utilizzati negli impianti di grossa taglia.

39 39..valvola di sfiato dellaria.. Nel punto più alto del sistema solare è necessario prevedere uno sfiato dellaria,mediante una valvola jolly. La valvola di sfiato dellaria, necessaria per poter fare uscire laria dal circuito solare,deve resistere allazione corrosiva della miscela di acqua ed a temperatura di 150° C. Durante il funzionamento dellimpianto 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.

40 40..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.

41 41 fotovoltaici Pannelli fotovoltaici Centrali eoliche Centrali idroelettrich e Lenergia proveniente da fonti rinnovabili è una piccola quantità. COME MAI NON SI INVESTE DI PIU IN RICERCA PER AUMENTARE IL SUO UTILIZZO??

42 42 Rilevamento della presenza di corpi potenzialmente ombreggianti nei dintorni della zona individuata per listallazione Individuazione della libertà di movimento per il posizionamento ottimale dei collettori Verifica della presenza di spazi sufficienti per laccesso alla zona dei collettori e altri eventuali dispositivi. Verifica dellassenza 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 delledificio. Riempimento minuzioso della lista di controllo del sopralluogo. Verifica della necessità di dispositivi speciali per listallazione. Analisi degli oneri di sicurezza. Individuazione della tipologia di istallazione dei collettori. Individuazione del tipo di professionista/ ditta da coinvolgere per eventuali lavori contestuali allistallazione. Il tetto è calpestabile?..Elementi da annotare durante il sopralluogo..

43 43 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 dellacqua 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?

44 44..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 dellacqua calda, ammortizzando linvestimento per la fornitura ed installazione dellimpianto 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 limpianto in meno anni possibili e successivamente avere acqua calda GRATIS; e ) Essendo Messina molto soleggiata, rispetto ad altre realtà dellItalia questo avviene in meno anni che in altre Regioni. f) Per chi svolge unattività produttiva, dopo lammortamento dellimpianto questo significa avere molto meno costi di gestione, dunque poter abbassare i prezzi o migliorare lofferta, diventando più concorrenziali e dunque con possibilità di aumentare il reddito, loccupazione e salvaguardando loccupazione. ( esempio Alberghi che possono migliorare lofferta o abbassare i prezzi vuol dire aumentare il turismo, dunque aumentare i flussi economici in questa realtà tanto sofferente)

45 45 B ) FATTORE DI COPERTURA SOLARE Il fattore di copertura solare (Fs) è definito dal rapporto fra lenergia utile ottenuta dallimpianto 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.

46 46..efficienza del sistema.. Lefficienza del sistema rappresenta la quantità di energia fornita allutenza 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 allutenza 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 laumento della superficie captante, lefficienza 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

47 47..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 dellimpianto. 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.

48 48 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 dellacqua ( 1,16 Wh/Kg °C) T= differenza di temperatura tra acqua calda all utenza ed acqua di rete..FINE..

49 49..L EFFETTO SERRA.. L effetto serra Perch é si parla di effetto serra I gas serra Cosa si può fare per ridurre l effetto serra Perch é l effetto serra è pericoloso Cause e conseguenze

50 50..L effetto serra.. Leffetto 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 nellaria a concentrazioni relativamente basse (anidride carbonica, vapor acqueo, metano, ecc.). Questi permettono alle radiazioni solari di passare attraverso latmosfera 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 dellatmosfera. 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. Lutilizzo dei combustibili fossili e la deforestazione contribuiscono al cambiamento nella composizione atmosferica..

51 51 Questo grafico rappresenta la variazione delle temperature medie annuali in superficie nel corso degli anni 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.

52 52..Perch é si parla di effetto serra.. I principali gas che producono leffetto 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.

53 53..I gas serra.. I gas serra sono i gas atmosferici che assorbono la radiazione infrarossa e che per questo causano leffetto serra. I gas serra naturali comprendono il vapor dacqua, lanidride carbonica, il metano, lossido nitrico e lozono. Certe attività delluomo, comunque, aumentano il livello di tutti questi gas e liberano nellaria altri gas serra di origine esclusivamente antropogenica. Il vapor dacqua è presente in atmosfera in seguito allevaporazione da tutte le fonti idriche (mari, fiumi, laghi, ecc.) e come prodotto delle varie combustioni. Lanidride 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 dellolio minerale.

54 54..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 pi ù recente incontro in Europa miseramente falliti a causa delle opposizioni di vari paesi (primi fra tutti gli Stati Uniti d'America).

55 55..Conseguenze.. Il ghiaccio artico si scioglier à Gli oceani si riscalderanno La primavera giunger à in anticipo Ci sar à un incremento di precipitazioni e inondazioni Pi ù ondata di calore e siccit à Pi ù incendi nelle foreste e pi ù danni derivati da insetti L ecosistema verr à sconvolto Si diffonderanno le malattie tropicali Incremento dei disastri legati al clima Le foreste morirebbero

56 56..il ghiaccio artico si scioglier à.. 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 anni passati, ma la velocità di scioglimento potrebbe essere in aumento.

57 57..gli oceani si riscalderanno.. Fra la metà degli anni '50 e la metà degli anni '90 gli oceani del mondo si sono riscaldati di 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.

58 58..la primavera giunger à 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.

59 59..ci sar à 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 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.

60 60..pi ù ondata di calore e siccit à.. 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.

61 61..pi ù incendi nelle foreste e pi ù 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 Gli scienziati sostengono che in Alaska 20 milioni di ettari di foresta sperimentano un attacco senza precedenti di vermi dei boccioli, risultato del clima più caldo.

62 62..l ecosistema verr à 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 Il WWF ha avvertito che un terzo degli habitat del mondo potrebbero scomparire o divenire irriconoscibili entro il 2100.

63 63..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 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 inondazioni per il 23%

64 64..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.

65 65 Aiutateci a non rovinare il nostro pianeta.. THE END.. Eseguito da: Alessia Cambria e Micaela Fumia

66 66..L energia solare.. Che cosè lenergia solare; Basi astronomiche e meteorologiche; La scarsità delle risorse energetiche; Il cambiamento climatico e le sue conseguenze; Valide argomentazioni per i sistemi solari.

67 67..che cos è l energia solare.. La fonte energetica più importante per la terra, è il sole. La vita dipende dallenergia 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. Lenergia così rilasciata viene irradiata nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche. Il sole offre più energia in un quarto dora, che di quanta luomo ne usi in un anno.

68 68..basi astronomiche e meteorologiche.. La quantità di energia solare incidente sulla fascia esterna dellatmosfera terrestre nellunità 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 dallora e dal periodo dellanno in una determinata località.

69 69 A causa dellinclinazione dellasse 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 locchio dellosservatore a seguito di un processo di diffusione dovuto alla presenza di molecole daria 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 dAria è definito come il rapporto tra la lunghezza del percorso effettivo della luce solare attraverso latmosfera terrestre e la lunghezza del percorso minimo.

70 70 Poiché i raggi solari devono attraversare latmosfera terrestre, lintensità della radiazione viene ridotta da: Fenomeni di riflessione a livello dellatmosfera; Assorbimento molecolare dovuto alla presenza di alcuni componenti dellatmosfera; Diffusione di Raylegh; Diffusione di Mie. I fenomeni d assorbimento e dispersione sono più rilevanti quando laltezza del sole è inferiore. I fenomeni di dispersione, dipendono dallubicazione del sito, con un massimo nelle aree industriali. Il secondo fattore decisivo per la determinazione della radiazione solare disponibile è la nuvolosità. Nellarco dellanno la radiazione solare globale è soggetta a considerevoli variazioni giornaliere.

71 71 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 lintero 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 termo- elettromotrici facilmente misurabili. Altri strumenti di misurazione dellirraggiamento solare globale impiegano come sensore una cella fotovoltaica.

72 72..la scarsit à 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 laumento 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, luso coerente dellenergia e luso delle fonti energetiche rinnovabili: il sole, il vento, lacqua e le biomasse.

73 73..il cambiamento climatico e le sue conseguenze.. Lambiente 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 dallemissione di sostanze nocive come lanidride solforosa, il monossido di azoto e lanidride carbonica connesse nel processo di combustione. Lanidride solforosa e il monossido di azoto sono le sostanze che contribuiscono maggiormente nella formazione delle piogge acide. Lanidride carbonica è il principale gas serra, responsabile del riscaldamento dellatmosfera terrestre. Attualmente le concentrazioni di CO2 nellatmosfera terrestre stanno aumentando con velocità crescente.

74 74..valide argomentazioni per i sistemi solari.. Il mercato dei collettori solari termici in Italia ha subito una ripresa che ha portato laumento 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 dellimpegno nei confronti dellambiente circostante; Il sistema solare lo rende meno dipendente dagli aumenti dei prezzi dellenergia; 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 dellacqua 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 allenergia utilizzata per costruirlo; Richiedono pochissima manutenzione e lenergia che forniscono è sempre disponibile.

75 75..IL SOLARE ELETTRICO.. Il sole presente in Italia Comè e fatto e come funziona il solare elettrico Dove metterlo Quanto deve essere grande Quanto costa

76 76..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, lenergia 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 allincirca la stessa radiazione media annuale di Pescara, ma durante linverno raggiunge le insolazioni del Golfo di Napoli. Nel confronto con gli altri paesi dellUnione Europea, lItalia, grazie al Mezzogiorno, si colloca seconda – terza dopo Spagna e le isole Egee.

77 77 Un altopiano semidesertico della provincia di Almeria, in Andalusia, detiene il primato di insolazione europea con 4,8 kWh/m2 anno, mentre le isole dellEgeo possono vantare uninsolazione equivalente ma più costante durante lanno. La costa sud di Creta è probabilmente larea 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!

78 78..Comè fatto e come funziona il solare elettrico.. Linstallazione 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 unidea 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.

79 79..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, devessere sufficientemente soleggiato per tutto lanno o, almeno, durante il periodo nel quale si richiede lalimentazione elettrica dellutenza. Occorrerà poi verificare alcuni fattori: Presenza di ombre Nebbie e foschia Nevosità e ventosità.

80 80 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 linclinazione sul piano orizzontale rispetto a quanto previsto, per evitare laccumulo 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 allinstallazione, si dovrebbe procedere a sceglierne un altro più consono.

81 81..La radiazione solare.. La radiazione solare sulla terra; Il sole in Italia; Fotoni corpuscoli di luce; Lenergia solare; Costante solare;

82 82..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 larco 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 dellanno 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 dellunione europea lItalia si colloca seconda/terza dopo Spagna e le isole notevole invece la differenza rispetto alle aree desertiche.

83 83..fotoni corpuscoli di luce.. Il fotone è la particella di massa e carica nulle associata alla propagazione della radiazione elettromagnetica...lenergia solare.. Il sole è la fonte energetica più importante per la terra, infatti la vita dipende dallenergia 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 di chilometri dal sole ne riceve solo una piccola frazione. Malgrado ciò il Sole offre in 15 minuti lenergia che luomo usa in un anno. Il rapporto energetico del sole supera di molto perfino quello di tutte le riserve di combustibili fossili, il sole produce milioni di miliardi di kwh lanno, questa quantità risulta volte superiore al fabbisogno di tutto il pianeta. In sintesi lUOMO 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 volte quella che il sole fornisce alla terra), dellenergia che il sole fornisce alla terra.

84 84..costante solare.. Si definisce costante solare il valore dellirraggiamento riferito ad una superficie unitaria dellaria. Il valore di tale costante subisce lievi oscillazioni dovute allattività del sole nonché a differenze nella distanza tra la terra e il Sole. Il valore medio della costante solare è dato da E0= 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 dallora e del periodo dellanno in una determinata località. A causa dellinclinazione dellasse terrestre i giorni estivi sono più lunghi di quelle invernali quindi il sole raggiunge altezze maggiori nei mesi estivi.

85 85 Lenergia globale (Eg) è uguale allenergia diretta (Edir) più lenergia lenergia diffusa (Edif) più lenergia 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 daria e particelle di polvere. Erif è la parte di energia solare non proveniente direttamente dal sole, che è riflessa nellambiente circostante dalle diverse superfici, compresa stessa superficie terrestre. Con il sole in posizione perfettamente verticale rispetto al piano dellorizzonte di una determinata località, la luce compie il percorso piu breve possibile attraverso latmosfera; se invece il sole si trova ad unangolazione 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 dovuta al piu lungo passaggio attraverso il filtro atmosfera.

86 86 Il parametro Massa dAria, ( Air Mass, AM) è definito come il rapporto tra la lunghezza del percorso effettivo della luce solare attraverso latmosfera terrestre e la lunghezza del percorso minimo, che si verifica nel caso di radiazione perpendicolare alla superficie terrestre. In particolare, la relazione tra laltezza solare (γs ) ed il parametro Massa dAria ( 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 latmosfera terrestre, lintensità della radiazione viene ridotta da: Fenomeni di riflessione a livello dellatmosfera; assorbimento molecolare dovuto alla presenza di alcuni componenti dellatmosfera ( O3, H2O, O2, CO2) Diffusione di Rayleingh – relativo allinterazione con le molecole daria) Diffusione di Mie – relativo allinterazione 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.

87 87..quanto deve essere grande.. Nello stabilimento le dimensioni di un generatore fotovoltaico si deve tenere presente non tanto la potenza, ma lenergia 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 dellutenza considerata. Dato che la risposta del generatore fotovoltaico è, in pratica, proporzionale allenergia 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 dellItalia centrale con un tetto a falda bene orientato ed inclinato di 20° rispetto allorizzontale, se la quantità di energia solare è di 1700 kWh/mq si avrà, per una utenza che consumi kWh/anno dalla rete: KWp = 4.000/(1.700x0.75) = Wp con moduli da 159 Wp/mq lestensione del generatore fotovoltaico sarà pari a 3.180/159 = 20,0 mq.

88 88..quanto costa.. Per semplicità si effettua un schema in zona dellitalia centrale Uno dei risultati ottenuti dal programma 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 euro/kWp per impianti di taglia medio - piccola, e fino a euro/kWp per impianti di taglia medio – grande. Nel 2000 – 2001 si partiva da circa euro/kWp per impianti fino a 5 kWp e da euro/kWp per impianti da 20 kWp.

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