CENTRO FORMAZIONEPROFESSIONALE GALDUS

TESI TECNICA

CORSO-183379-27

CLASSE 4°AUTOMAZIONE

SECARA NICOLAE

RELATORE : MARIO CRISPO …………………………

STUDENTE: NICOLAE SECARA ……………………………..

Sommario

1

INTRODUZIONE :.............................................................................................................2Australia: a Kalgoorlie il più grande impianto fotovoltaico della nazione.......................6STORIA :......................................................................................................................... 7L’ENERGIA SOLARE:........................................................................................................7EFFETTO FOTOVOLTAICO:..............................................................................................8Spiegazione semplice:........................................................................................................8CELLE FOTOVOLTAICHE:.................................................................................................9La caratteristica elettrica delle celle solari:..................................................................10PANNELLI SOLARI TERMICI:...........................................................................................11PANNELLI SOLARI IBRIDI:..............................................................................................12TIPOLOGIE DI PANNELLI IBRIDI:....................................................................................14PANNELLI SOLARI TERMODINAMICI:.............................................................................15Come riesce a riscaldare l’acqua il solare termodinamico?..........................................16ALTRE FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI:......................................................................19Energia idroelettrica:........................................................................................................19

INTRODUZIONE :L’attenzione verso i sistemi di accumulo di energia elettrica non è stata mai alta come negli ultimi anni. Il futuro sembra tracciato. Pensiamo all’ auto ibrida, a quella elettrica, a tutti i dispositivi portatili che posseggono un sistema di storage energetico.Ora, focalizzandoci su la produzione di energia elettrica in casa che avviene tramite l’irradiazione solare, parleremo del fotovoltaico con accumulo.

2

Di cosa si tratta? Di produrre elettricità tramite moduli solari e di conservarla in sistemi di stoccaggi realizzati con batterie.Il prezzo fotovoltaico con accumulo, parliamo di un sistema completo, è diventato piuttosto appetibile ed in molti iniziano a prenderlo in considerazione per staccarsi completamente dal fornitore elettrico e diventare energeticamente indipendenti.

La mia scelta di portare i pannelli fotovoltaici,è perché sono indispensabili  per il ricavo di un energia pulita.Australia e il paese con più pannelli fotovoltaici al mondo, ricavano molta energia pulita, risparmiano allo stesso lasso di tempo molti soldi.

3

Il principio di funzionamento di un pannello solare termico può essere paragonato a quello che si verifica in una serra. Dei raggi solari incidenti la superficie vetrata solo una piccola parte viene riflessa, quella restante passa attraverso il vetro e viene assorbita da una piastra captante di colore nero. Quest’ultima, scaldandosi, rimette energia sotto forma di radiazione infrarossa, rispetto alla quale il vetro si comporta come se fosse opaco, trattenendola così al suo interno (effetto serra). In questo modo la temperatura del fluido vettore primario tende a riscaldarsi. Da quel momento il liquido si sposta nella serpentina verso il serbatoio secondo tre tipi diversi di circolazione: naturale, forzata o a svuotamento.

4

Degli pannelli solari su una casa, potenza impianto 4 di kW

5

Australia: a Kalgoorlie il più grande impianto fotovoltaico della nazione.L'Australia appare sempre più rivolta al ricorso alle fonti rinnovabili, dopo le stime che le indicano come maggiormente economiche rispetto al carbone nel prossimo futuro. Il Paese ha scelto la zona in cui edificare il più vasto impianto fotovoltaico del proprio territorio. Si tratta della località di Kalgoorlie, nell'Australia Occidentale, storicamente nota come sede di estrazione mineraria dell'oro.

Il gruppo Investec ha proposto la costruzione di un impianto fotovoltaico della potenza di cinquanta megawatt nelle vicinanze di tale località, situata a circa 600 chilometri da Perth e al termine della Great EasternHighway.Investec, una volta finì le questioni burocratiche relative all'impiego del terreno, prevede che i lavori per la costruzione del parco fotovoltaico abbiano inizio nel corso del prossimo anno.

Lynne Lagan, project manager di Investec, ha definito Kalgoorlie come il sito più appropriato per la realizzazione dell'impianto, sia per le sue risorse climatiche che per la prossimità con il South West Interconnected System, che si occupa della fornitura di elettricità al sud-ovest della nazione.

Secondo il senatore australiano Scott Ludlam, il progetto di Investec potrebbe essere ulteriormente migliorato, mediante l'utilizzo delle tecnologie più all'avanguardia provenienti dall'Europa, in modo da superare la semplice realizzazione di un impianto fotovoltaico che preveda l'installazione dei tradizionali pannelli fotovoltaici, ma di rivolgersi ad impianti solari non fotovoltaici a concentrazione, in grado di sfruttare come fonte energetica primaria lacomponente termica dell'energia solare, garantendone un accumulo per la produzione di energia elettrica da utilizzare nelle ore di buio o durante le giornate in cui il cielo è nuvoloso.

6

7

STORIA :Un pannello fotovoltaico è un dispositivo optoelettronico, composto da celle fotovoltaiche, in grado di convertire l'energia solareincidente in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico, tipicamente impiegato come generatore di corrente in un impianto fotovoltaico. Può essere meccanicamente preassemblato a formare un pannello fotovoltaico, pratica caduta in disuso con il progressivo aumento delle dimensioni dei moduli, che ne hanno di fatto incorporato le finalità. Può essere esteticamente simile al pannello solare termico, ma, pur avendo entrambi l'energia solare (radiazione solare) come fonte di energia primaria, hanno scopi e funzionamento differenti.

L’ENERGIA SOLARE:

L'energia solare è l'energia associata alla radiazione solare e rappresenta la fonte primaria di energia sulla Terra.

L'energia solare, infatti, è quella normalmente utilizzata dagli organismi autotrofi, cioè quelli che eseguono la fotosintesi, comunemente indicati come "vegetali" (da cui si originano anche i combustibili fossili); gli altri organismi viventi sfruttano invece l'energia chimica ricavata dai vegetali o da altri organismi che a loro volta si nutrono di vegetali e quindi in ultima analisi sfruttano anch'essi l'energia solare, se pur indirettamente.

Da questa energia derivano più o meno direttamente quasi tutte le altre fonti energetiche disponibili all'uomo quali i combustibili fossili, l'energia eolica, l'energia del moto ondoso, l'energia idroelettrica, l'energia da biomassa con le sole eccezioni dell'energia nucleare, dell'energia geotermica e dell'energia delle maree. Può essere utilizzata direttamente a scopi energetici per produrre calore o energia elettrica con varie tipologie di impianto.

Sulla Terra il valore di tale energia (a livello locale o globale, giornaliera, mensile o annuale) si può calcolare come il prodotto tra l'insolazione media, l'eliofanianell'intervallo di tempo considerato e la superficie incidente considerata.L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità (fotovoltaico) o per generare calore (solare termico). Sono tre le tecnologie principali per trasformare in energia sfruttabile l'energia del sole:

il pannello solare termico sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche, contenuto nel suo interno, che cede calore, tramite uno scambiatore di calore, all'acqua contenuta in un serbatoio di accumulo.

il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori per produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce.

il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici a struttura lineare per convogliare i raggi solari su un tubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore o una serie di specchi piani che concentrano i raggi all'estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di sali che per il calore fondono. In entrambi i casi "l'apparato ricevente" si riscalda a temperature molto elevate (400 °C ~ 600 °C) (solare termodinamico).

8

EFFETTO FOTOVOLTAICO: L'effetto fotovoltaico, osservato per la prima volta da Alexandre Edmond Becquerel nel 1839, costituisce una delle prove indirette della natura corpuscolare delle onde elettromagnetiche.La teoria fisica che spiega l'effetto fotoelettrico, del quale l'effetto fotovoltaico rappresenta una sottocategoria, fu pubblicata nel 1905 da Albert Einstein che per questo ricevette il Premio Nobel per la fisica nel 1921.Quando una radiazione elettromagnetica investe un materiale può, in certe condizioni, cedere energia agli elettroni più esterni degli atomi del materiale e, se questa è sufficiente, l'elettrone risulta libero di allontanarsi dall'atomo di origine. L'assenza dell'elettrone viene chiamata in questo caso lacuna. L'energia minima necessaria all'elettrone per allontanarsi dall'atomo (passare quindi dalla banda di valenza che corrisponde allo stato legato più esterno alla banda di conduzione ove non è più legato) deve essere superiore alla banda proibita del materiale.

Nella fisica dei sistemi fotovoltaici viene definita la risposta spettrale assoluta RS(λ), il rapporto tra la misura della corrente elettrica generata dalla cella fotovoltaica (misurata in A) e la potenzaincidente (misurata in W). Normalmente questa misura viene fornita in termini spettrali, cioè in funzione della lunghezza d'onda (λ) della luce incidente sulla cella fotovoltaica in maniera del tutto analoga al concetto di risposta in frequenza.Effetto fotovoltaico:In fisica l’effetto fotovoltaico è quel fenomeno che permette ai pannelli fotovoltaici di produrre energia elettrica tramite l’energia del sole. Facciamo chiarezza e formiano una definizione, un riassunto e una descrizione semplice di come funziona questo fenomeno fisico.

Spiegazione semplice:L’effetto fotovoltaico è l’effetto fisico che viene sfruttato dai pannelli solari per produrre energia quando vengono colpiti dalla luce del sole. Solo alcuni materiali riescono a trasformare la radiazione luminosa che catturano in energia e negli ultimi decenni si è familiarizzato con il termine effetto fotovoltaico proprio grazie alla diffusione dei pannelli solari fotovoltaici che permettono la produzione di energia elettrica sfruttando questo principio fisico.

9

CELLE FOTOVOLTAICHE:Una cella solare o cella fotovoltaica è un dispositivo elettrico che converte l'energia della luce direttamente in elettricità tramite l'effetto fotovoltaico.

Si tratta di una forma di cellula fotoelettrica, le cui caratteristiche elettriche, cioè corrente, tensione e resistenza, possono variare quando è esposta alla luce.

Le celle solari sono gli elementi costitutivi dei moduli fotovoltaici, anche noti come pannelli solari.

Oltre all'utilizzo già citato, che è quello relativo alla produzione di pannelli solari, piccoli esemplari di celle fotovoltaiche in materiale amorfo sono in grado di alimentare dispositivi elettronici quali calcolatrici, orologi e altri.

Analogamente al modulo, il rendimento della cella fotovoltaica è il rapporto tra l'energia elettrica prodotta dalla cella e l'energia della radiazione solare che investe la sua superficie. Valori tipici per gli esemplari in silicio multicristallino comunemente disponibili sul mercato si attestano attorno al 18%. L'efficienza del modulo è sempre minore, come discusso di seguito.

10

La caratteristica elettrica delle celle solari:Si è già ricordato che la cella fotovoltaica è sostanzialmente un diodo di grande superficie. Esponendola alla radiazione solare, la cella si comporta come un generatore di corrente, il cui funzionamento può essere descritto per mezzo della caratteristica tensione-corrente:

Andamento caratteristica elettrica.

Caratteristica tensione-corrente di una cella solare.

 

In generale la caratteristica di una cella fotovoltaica è funzione di tre variabili fondamentali: intensità della radiazione solare, temperatura e area della cella. L'intensità della radiazione solare non ha un effetto significativo sul valore della tensione a vuoto; viceversa l'intensità della corrente di corto circuito varia in modo proporzionale al variare dell'intensità dell'irraggiamento, crescendo al crescere di questa. La temperatura non ha un effetto significativo sul valore della corrente di corto circuito; al contrario, esiste una relazione di proporzionalità tra questa e la tensione a vuoto, diminuendo la tensione al crescere della temperatura. L'area della cella non ha alcun effetto sul valore della tensione; viceversa esiste unadiretta proporzionalità tra questa e la corrente disponibile.

11

Caratteristica elettrica di una cella solare e andamento della potenza

In condizioni di corto circuito la corrente generata è massima (Isc), mentre in condizioni di circuito aperto è massima la tensione (Voc). In condizioni di circuito aperto e di corto circuito la potenza estraibile sarà nulla, poichè nella relazione P = V x I sarà nulla la corrente nel primo caso e la tensione nel secondo.

Negli altri punti della caratteristica all'aumentare della tensione aumenta la potenza, raggiungendo quindi un massimo e diminuendo repentinamente in prossimità della Voc.

 

PANNELLI SOLARI TERMICI:I collettori termici possono essere a circolazione naturale o a circolazione forzata; i primi utilizzano del liquido contenuto nei pannelli per consentirne la circolazione all'interno del sistema pannello di calore. In questo caso il serbatoio di accumulo che contiene lo scambiatore di calore deve trovarsi più in alto del pannello.

I sistemi a circolazione forzata invece utilizzano una pompa che fa circolare il fluido all'interno di scambiatore e pannello quando la temperatura del fluido all'interno del pannello è più alta di quella all'interno del serbatoio di accumulo, che, in questo caso, si trova più in basso dei pannelli. Sistemi di questo tipo sono più complessi dal punto di vista dei controlli e delle apparecchiature impiegate (pompe, sensori di temperatura, valvole a tre vie, centraline di controllo), ma consentono di posizionare il serbatoio di accumulo, anche di grandi dimensioni, praticamente dove si vuole, ad esempio a terra e non sul tetto dove problemi di peso ne renderebbero difficile la collocazione.

Il pannello solare termico:

(la denominazione tecnica è collettore solare) è un dispositivo per la conversione della radiazione solare in energia termica[1] e al suo trasferimento, per esempio, verso un accumulatore termico per un uso successivo: produzione di acqua calda (sanitaria o di processo), riscaldamento degli ambienti, raffrescamento solare (solarcooling).

12

Schema di un pannello solare: 1) Valvola; 2) Serbatoio di accumulo; 3) Condotto di inserimento; 4) Pannello di assorbimento; 5) Condotto di inserimento dell'acqua fredda.

PANNELLI SOLARI IBRIDI:In commercio è presente tra le tipologie di pannello solare che meglio incarnano l'ecosostenibilità: con un solo processo, il pannello solare ibrido permette di garantirsi, non solo la produzione di energia elettrica per alimentare tutti gli apparecchi elettrici della propria casa, ma anche il calore necessario per climatizzare i locali e gli ambienti in cui si svolge la vita dell'abitazione e per riscaldare l'acqua del sistema idrico-sanitario.Il pannello solare ibrido, distinguendosi per le sue potenzialità termiche, è stato scelto dal Nel pannello solare ibrido, la tecnologia del fotovoltaico e quella del solare termico si uniscono e si scambiano: il solare fotovoltaico assorbe le radiazioni solari, mentre la parte che non riesce a accumulare, il calore termico, viene recuperato da uno scambiatore che incrementa, in questo modo, la produzione elettrica, fruendo anche dell'energia dispersa dal pannello fotovoltaico stesso.

13

VANTAGGI:

I vantaggi di un pannello solare ibrido sono connaturati alle sue doppie potenzialità:

con un solo pannello è possibile ottenere la produzione di energia e il calore necessario per riscaldare gli ambienti e avere l'acqua calda sanitaria necessaria;

la superficie di installazione è minore, per cui adatto anche per gli utenti che non possiedono molto spazio a disposizione per collocare un impianto fotovoltaico con molti moduli;

costi di acquisto e installazione minori, tenendo in considerazione che, per avere gli stessi benefici di un impianto fotovoltaico, si può acquistare un solo pannello solare ibrido (vedi sopra);

può essere utilizzato per il riscaldamento dell'acqua della piscina;

la temperatura dell'acqua calda permette di ridurre, eliminare il deposito della neve sui pannelli solari;

interventi di manutenzione molto bassi, in quanto la tecnologia del pannello solare ibrido è molto più semplice rispetto a un pannello tradizionale;

riduzione dell'impatto ambientale, vista la possibilità di installare un solo pannello solare ibrido per ottenere i benefici di cui si necessita per la propria abitazione.

14

TIPOLOGIE DI PANNELLI IBRIDI:I pannelli solari ibridi si classificano in:

pannelli solari ibridi ad aria, in cui le basse prestazioni dell'aria di asportare calore riducono il recupero termico e il rendimento delle celle solari;

pannelli solari ibridi ad acqua permettono un'efficiente trasmissione del calore e di scambio termico; 

pannelli solari ibridi vetrati, in cui il vetro riduce le dispersioni energetiche frontali. Lo svantaggio di questa tipologia di pannello si ha nei periodi di maggiore irraggiamento solare: le radiazioni solari causano la stagnazione, ovvero la temperatura interna è molto elevata e riduce il rendimento elettrico;

pannelli solari ibridi non vetrati, in cui la resa elettrica è minore rispetto alle altre tipologie di pannello;

pannelli solari ibridi a collettori piani e a concentrazione, i quali si distinguono per le elevate prestazioni nell'assorbimento dell'irraggiamento solare, sia per la generazione di energia che per la produzione di calore per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria.

15

PANNELLI SOLARI TERMODINAMICI:E’ l’evoluzione dei tradizionali pannelli solari termici, ma con un enorme vantaggio:il solare termodinamico riesce a riscaldare l’acqua in qualsiasi condizione, anche quando piove e addirittura durante la notte.

Nell’uso domestico si parla di termodinamico a basse temperature, mentre esiste il solare termodinamico ad alte temperature, ma viene usato solo a scopi industriali, come ad esempio per preriscaldare i liquidi delle centrali termoelettriche.

Il sistema sfrutta le leggi della termodinamica, da cui prende appunto il nome. Grazie al cambio di stato del liquido termovettore frigorigeno posto nei pannelli, da liquido a gassoso e viceversa, l’impianto riesce a prelevare calore dall’esterno e trasferirlo all’acqua sanitaria o all’impianto di riscaldamento.Il concetto di funzionamento è quello delle tradizionali pompe di calore, che permettono di raccogliere calore anche senza i raggi solari.

Il compressore alimentato elettricamente aspira il gas riscaldato dai pannelli e lo comprime. Il gas così compresso aumenta di pressione e di temperatura. A questo punto viene fatto circolare in una serpentina posta in un condensatore. Ceduto gran parte del calore raccolto all’acqua sanitaria, il gas torna liquido e fuoriesce dalla valvola di sfogo, pronto per iniziare un nuovo ciclo.

Il funzionamento di questo sistema si basa esclusivamente sulla temperatura del fluido che circola all’interno dei pannelli. Esso infatti ha una temperatura di circa -10°C.

Prima di spiegare come riesce a riscaldare l’acqua, va detto che questo sistema perde di efficienza quando la temperatura esterna scende sotto lo zero. Per questa ragione non può essere la fonte primaria di riscaldamento, ma rimane un ottimo sistema integrativo, che permette grandi risparmi se visto nell’ottica di 365 giorni l’anno di lavoro.

16

Come riesce a riscaldare l’acqua il solare termodinamico?

La notte: nelle ore notturne, se la temperatura esterna non scende sotto lo zero, il sistema riesce a lavorare grazie alla temperatura del fluido pari a -10°C, in grado quindi di prelevare calore dall’aria meno fredda

Il vento: anche se freddo, il vento quando viene a contatto con i pannelli genera del calore grazie all’energia cinetica

La pioggia: il vapore acqueo in cielo contiene una grande quantità di calore, e la pioggia non scende mai sotto lo zero termico, quindi è una fonte di calore per il liquido all’interno dei pannelli

Il sole: i raggi solari sono una fonte di calore diretta per irraggiamento, e forniscono ovviamente una quantità di calore enormemente maggiore, ma non sono fondamentali per il riscaldamento. Cosa ben diversa invece per i pannelli solari termici tradizionali.

DIFFERENZE E VANTAGGI:

Nessun pericolo di danni dovuti a stagnazione dei liquidi all’interno dei pannelli Nessun danno da sovrariscaldamento dei tubi in estate, con scarso utilizzo

d’acqua calda Nessun bisogno di sistemi di anticongelamento Il peso complessivo dei pannelli è nettamente inferiore Manutenzione ridotta all’osso, in quanto non ci sono masse d’aria in movimento.

Va controllato solamente lo stato di carica del gas.

17

18

19

ALTRE FONTI DI ENERGIA RINNOVABILI:

L'energia eolica:

 è l'energia del vento, ovvero l'energia cinetica di una massa d'aria in movimento. È possibile sfruttare questa energia grazie all'utilizzo di aerogeneratoriche producono energia elettrica, tramite mulini a vento che producono energia meccanica, pompe a vento che pompano l'acqua oppure ancora vele che spingono in moto le navi.

L'energia eolica è un'energia alternativa ai combustibili fossili, abbondante, rinnovabile e a sostegno dell'economia verde, ampiamente distribuita, pulita, non produce emissioni di gas serra durante il funzionamento e richiede una superficie di terra non eccessivamente elevata.

L'energia eolica è una fonte stabile di anno in anno, ma ha una variazione significativa su scale di tempo più brevi. L'intermittenza del vento crea raramente problemi quando essa viene utilizzata per fornire fino al 20% della domanda totale di energia elettrica, ma se la richiesta è superiore vi è necessità di particolari accorgimenti alla rete di distribuzione e una capacità di produzione convenzionale.

Energia idroelettrica:

Tra le più antiche fonti rinnovabili utilizzate si trova certamente l'energia idroelettrica, che è una fonte di energia pulita e rinnovabile ricavata dalla forza delle acque. Il flusso d'acqua di un lago, un fiume o un bacino artificiale, opportunamente convogliato attraverso apposite condutture, può trasformare la sua forza in energia di pressione e cinetica. Questa energia, in seguito, alimenta un generatore che la converte in elettricità.

Le centrali idroelettriche hanno il vantaggio di avere lunga durata (molte delle centrali esistenti sono operative da oltre 100 anni). Inoltre le sono "pulite" in quanto producono molte meno emissioni nel loro "ciclo vitale" rispetto agli altri tipi di produzione di energia, sebbene si sia scoperto che le emissioni sono apprezzabili se associate con bacini poco profondi in località calde (tropicali). Altre critiche dirette alle

20

grosse centrali idroelettriche a bacino includono lo spostamento degli abitanti delle zone in cui si decide di costruire gli invasi necessari alla raccolta dell'acqua e il rilascio di grosse quantità di biossido di carbonio durante la loro costruzione e l'allagamento della riserva.

Nell'ultimo decennio inoltre si stanno sviluppando sistemi da installare in mare, come tra l'altro avviene anche con i sistemi off-shore dell'eolico, per sfruttare il potenziale delle onde, delle maree, delle correnti marine o del gradiente di temperatura tra fondo e superficie degli oceani che hanno una potenza di gran lunga superiore a quella che si può trovare sulla terraferma, ma che è stata per troppo tempo sprecata.

ENERGIA SOLARE:

L'energia solare ha molti vantaggi poiché è inesauribile, è una risorsa d'immediata reperibilità, è pulita perché ci arriva attraverso i raggi del sole. La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è enorme, circa diecimila volte superiore a tutta l'energia usata dall'umanità nel suo complesso. L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità (fotovoltaico) o per generare calore (Il solare termico).

21

22

23