Questo lavoro si colloca nell’ambito dell’attività di tutoraggio e di trasferimento di conoscenze fornite per il progetto Spinta dal ns gruppo ai proponenti l’idea di impresa denominata SISTEMA. Sulla base di un’idea e di uno studio relativo alla possibilità di realizzare un’apparecchiatura per l’ottimizzazione dell’illuminazione pubblica più prestazionale in termini energetici ed economici di quelle esistenti, è stata sviluppata l’apparecchiatura presentata in collaborazione con SISTEMA, che, grazie alla sua esperienza di progettazione elettronica e conoscenza della componentistica elettronica ha consentito la riduzione dei tempi di esecuzione e ha contribuito alla realizzazione di un’apparecchiatura che unisce elevati risparmi energetici e, per il suo costo ridotto, elevati risparmi economici, in perfetta sintonia con le disposizioni dell’Autorità per l’energia elettrica.

Premessa Nei sistemi di illuminazione pubblica di distretti energetici (tratte stradali, centri commerciali, centri di attività terziarie, etc.) l’illuminamento richiesto nelle ore serali e nelle ore notturne non è lo stesso. Mantenere lo stesso livello di illuminamento causa sprechi energetici non ripagati da vantaggi concreti.

Premessa Esistono ampi margini per contenere il consumo energetico da illuminazione pubblica attraverso la riduzione del flusso luminoso in ottemperanza alle vigenti norme, legati alla : possibilità di alimentare le tratte di illuminazione con sistemi di controllo attivo; gestione ottimale del sistema locale in relazione alle specificità del distretto ed alle condizioni di illuminazione naturale.

Principi della visione Gli stimoli luminosi sono percepiti dai fotorecettori che emettono impulsi nervosi, originando la sensazione visiva. Tipi di fotorecettori: coni: soglia di eccitazione elevata, sensibili al colore (visione fotopica o diurna) bastoncelli: elevata sensibilità, mancanza dell’informazione colore (visione scotopica o crepuscolare)

Principi della visione La soglia della visione scotopica è una decade più bassa di quella fotopica. Con la visione scotopica possono verificarsi più facilmente fenomeni di abbagliamento. La sensazione visiva è fondamentalmente legata al contrasto fra due luminanze; si può definire un indice di contrasto: Lo = Luminanza oggetto; Ls= Luminanza sfondo

Principi della visione La visione è quindi l’effetto sensoriale generato dalla luce sull’organo visivo. I principali parametri che la caratterizzano sono: adattamento visivo contrasto abbagliamento acuità visiva

Isteresi della visione Velocità di adattamento della visione alle diverse condizioni ambientali: circa 7 minuti per i coni; circa 1 ora per i bastoncelli.

Confort visivo Una buona visione si ottiene con: una sufficiente illuminazione dello spazio da visualizzare; una luminanza dell’ambiente compatibile con quella del fondo; l’assenza di sorgenti luminose che creino abbagliamento.

Limiti della visibilità Il sistema visivo è in grado di elaborare immagini aventi intensità luminose in un esteso intervallo di valori (1:100.000). Ciò, unito alle caratteristiche di sensibilità dei fotorecettori, fa sì che ad una consistente variazione di luminosità non consegua una elevata variazione della percezione visiva.

Limiti della visibilità In mancanza di fonti luminose che recano fastidio alla visione (assenza di luce crepuscolare, insegne di negozi spente, etc.) LA BUONA VISIONE SI OTTIENE ANCHE CON UNA RIDOTTA ILLUMINAZIONE ARTIFICIALE

Finalità L’apparecchiatura LUCE mira ad aumentare l’efficienza dei sistemi di illuminazione attraverso l’ottimizzazione dell’alimentazione delle lampade e la gestione intelligente dell’intero sistema di illuminazione, favorendo: un sensibile contenimento dei consumi elettrici l’incremento della qualità del servizio l’aumento della vita media delle lampade e la conseguente riduzione dei tempi di manutenzione.

Principio di funzionamento L’alimentazione alle lampade è fornita da “moduli di potenza” diversificati, costituiti da trasformatori di corrente opportunamente governati.

Principio di funzionamento La tecnologia utilizzata consente di ottenere incrementi (o decrementi) minimi di tensione del valore desiderato in base al numero di trasformatori quadripoli utilizzati: il numero di steps ottenibili è 3n, essendo n il numero dei trasformatori. Per esempio: 3 trasformatori 27 regolazioni 4 trasformatori 81 regolazioni 5 trasformatori 243 regolazioni

Risultati Ciascun modulo può dare un contributo additivo, o sottrattivo o nullo. Per la realizzazione dell’apparecchiatura L.U.C.E., sono previsti 3 “moduli” perché 27 regolazioni sono sufficienti alla funzione desiderata. Questa gestione consente una maggiore precisione della regolazione della luminosità e una drastica riduzione di elettrosmog.

REGOLAZIONE E STABILIZZAZIONE LUMINOSITÀ Risultati REGOLAZIONE E STABILIZZAZIONE LUMINOSITÀ OTTIMIZZAZIONE SERVIZIO RISPARMIO ENERGETICO AUMENTO VITA MEDIA LAMPADE RIDUZIONE INQUINAMENTO LUMINOSO I servizi di illuminazioni sono interamente programmabili in funzione delle esigenze.

Algoritmo di processo Le regolazioni della luminosità sono gestite da un micro-controllore e da vari programmi predefiniti scelti secondo le diverse applicazioni (posizione strada, classe strada, ecc.)

Algoritmo di processo Il microcontrollore è asservito al blocco ricognizione effemeridi solari che scandisce la lettura delle locazioni di memoria in cui sono presenti i programmi di illuminazione. Banco di memoria Ricognizione effemeridi solari

Algoritmo di processo L’apparecchiatura prevede: l’ottimizzazione della luminosità tramite le informazioni fornite da sensori esterni; l’acquisizione e registrazione dei dati del servizio prestato. Banco di memoria Ingresso analogico e digitale

Analisi economica Condizione di riferimento: tratta di illuminazione stradale e perimetrale del CR ENEA Casaccia (anno 2005); ipotesi assunte: costo energia medio ponderato in funzione delle ore di funzionamento per ciascuna fascia; periodo medio di funzionamento: 11,35 ore giornaliere; costo unitario apparecchiatura nell’ipotesi di produzione di piccola/media serie (inferiore di circa il 25%); vita media apparecchiatura: 10 anni; apparecchiatura trifase da 30 KW valutazione risparmio TEE ai sensi dei D.M. 20 luglio 2004.

Analisi economica Dati CR ENEA Casaccia Ore funzionamento medio (h/g) 11,35 Costo unitario medio ponderato (€/kWh) 0,06463 Consumo annuo (kWh/a) 124.282,50 Spesa annua energia elettrica (€/a) 8031,85

Dati stimati mediante il sistema L.U.C.E. Analisi economica Dati stimati mediante il sistema L.U.C.E. Costo apparecchiatura (€) 6500 Percentuale energia elettrica risparmiata 30% Consumo annuo (kwh/a) 86.998 Spesa annua energia elettrica (€/a) 5.515 Risparmio (€/a) 2.363,72 Tempo di pay-back (a) 2,7

Conclusioni L.U.C.E.: consente risparmi energetici maggiori del 30%; riduce l’impatto ambientale; limita gli interventi di manutenzione; ammortizza il suo costo in circa 3 anni di utilizzo.

Conclusioni I sistemi attualmente presenti sul mercato fanno uso di trasformatori multi-uscita o di trasformatori abbinati a variac motorizzati, ove gli azionamenti sono demandati a relè elettromeccanici. L’apparecchiatura L.U.C.E., basata sul sistema illustrato, consente la regolazione della luminosità senza distorcere apprezzabilmente la forma d’onda della corrente che fluisce nelle lampade, limitando l’emissione di disturbi elettromagnetici.

Conclusioni Va considerato, inoltre, che nel sistema in questione gli azionamenti avvengono in tempi rapidi e senza l’usura di organi elettromeccanici. La peculiarità della tecnologia proposta è quella di costituire una valida alternativa ai sistemi attuali utilizzati per la regolazione remotizzata di una sorgente di alimentazione in alternata. A titolo di esempio, essa può essere utilizzata per sostituire variac motorizzati, per controllare a distanza sottostazioni fornitrici di energia, etc.

UTS Fonti rinnovabili e Cicli Energetici Innovativi Gruppo Supervisione e Controllo di Sistemi Energetici Sistema L.U.C.E. (Light Using Capful Energy) ottimizzazione dei sistemi di illuminazione pubblica C.R. ENEA Casaccia: C.R. ENEA Ispra: SISTEMA S.r.l. Massimo Presaghi Giovanni Puglisi Francesco Romanello Simonetta Fumagalli Giuseppe Leonardi Vincenzo Iacoboni Michele Sica