G.B. ZORZOLI INTRODUZIONE ALLE FONTI RINNOVABILI

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1 G.B. ZORZOLI INTRODUZIONE ALLE FONTI RINNOVABILI Pisa,

2 ENERGIA SOLARE COME FONTE DELLE ENERGIE RINNOVABILI

3 RADIAZIONE SOLARE VERSO TERRA: TW RIFLESSIONE VERSO LO SPAZIO (SOPRATTUTTO NUBI): TW DIFFUSIONE, ASSORBIMENTO, RISCALDAMENTO ATMOSFERA: TW ASSORBIMENTO TERRA: TW ITALIA BUON LIVELLO DI IRRAGGIAMENTO, PARI MEDIAMENTE A KWH/M2/GIORNO

4 ENERGIA SOLARE SULLA TERRA SI TRASFORMA IN: ENERGIA TERMICA (CALORE) ENERGIA CINETICA (VENTO, ENERGIA IDRICA, MOTO ONDOSO) BIOMASSE (FOTOSINTESI CLOROFILLIANA)

5 FONTI RINNOVABILI SOLARE EOLICA IDRICA BIOMASSE MOTO ONDOSO MAREE* *Non di origine solare GEOTERMIA*

6 VANTAGGI FONTI RINNOVABILI INESAURIBILI GRATUITE (TRANNE BIOMASSE) SVANTAGGI FONTI RINNOVABILI DILUITE (TRANNE BIOMASSE) SPESSO ALEATORIE SITO DIPENDENTI

7

8 OBIETTIVI UE PRODUZIONE ELETTRICA AL 2010

9

10 FA ECCEZIONE L EOLICOL AREA GEOGRAFICA UNIONE EUROPEA MW* ITALIA RISULTATI PREVISIONI MW MW** MW * **

11 STRATEGIA COMUNITARIA PER IL % DOMANDA ENERGIA SODDISFATTA DA RINNOVABILI + 20 % EFFICIENZA ENERGETICA -20% EMISSIONI GAS SERRA

12 FONTI RINNOVABILI ACQUA

13 PRODUZIONE IDROELETTRICA GWH (12,3% DEL TOTALE)

14 IMPIANTO A BACINO

15 DIGA AD ARCO

16 CONDOTTA FORZATA

17 LA TURBINA PELTON SFRUTTA SALTI D'ACQUA DA 300M A 2000M PALE DELLA GIRANTE A FORMA DI DOPPIO CUCCHIAIO IL DISTRIBUTORE MANDA L'ACQUA ALLA GIRANTE MEDIANTE GLI INIETTORI LA GIRANTE NON È IMMERSA NELL'ACQUA.

18 SCHEMA DI UNA TURBINA PELTON

19 TURBINA PELTON

20 LA TURBINA FRANCIS È UTILIZZATA PER CADUTE E PORTATE MEDIE RELATIVE A SALTI TRA I 10 E I 250 METRI

21 FOTO TURBINA FRANCIS

22 TURBINA FRANCIS 350 kw H=44 m

23 LA TURBINA KAPLAN È COSTRUITA PER PICCOLE CADUTE INFERIORI AI 40 METRI E GRANDI PORTATE

24 SCHEMA TURBINA KAPLAN

25 PALETTA KAPLAN

26 SALA MACCHINE

27 MINI - IDRAULICA LA TURBINA A BULBO È UTILIZZATA PER CADUTE MOLTO BASSE UN ULTERIORE VANTAGGIO È RAPPRESENTATO DALLA SENSIBILE RIDUZIONE DEI COSTI RELATIVI ALLA COSTRUZIONE IN CEMENTO DELLA PARTE CIVILE

28 I GRUPPI A BULBO SONO COSTITUITI DA UN COMPLESSO UNICO COMPRENDE TURBINA E ALTERNATORE DISPOSTO ENTRO UN TUBO AD ASSE ORIZZONTALE IMMERSO NELL ACQUA POTENZE DA POCHI kw A UN CENTINAIO DI kw (MINI IDRO)

29 SCHEMA TURBINA A BULBO

30 ENERGIA DALLE MAREE

31 ENERGIA DAL MOTO ONDOSO

32 FONTI RINNOVABILI GEOTERMIA

33

34 POZZI DI ESTRAZIONE VAPORDOTTI CENTRALE SALA MACCHINE POZZI DI REINIEZIONE

35 QUANDO IL CALORE E E A BASSA ENTALPIA ENERGIA GEOTERMICA UTILIZZABILE PER TELERISCALDAMENTO

36 FONTI RINNOVABILI SOLARE TERMICO

37 PRODUZIONE ACQUA SANITARIA PER USO DOMESTICO RISCALDAMENTO ACQUA CALDA PER DOCCE BAGNI ALTRI USI DOMESTICI COSTITUISCE IL PRINCIPALE USO DEI COLLETTORI SOLARI IN GENERE PICCOLI SISTEMI CON M 2 SUPERFICIE CAPTANTE SUL TETTO ACCUMULO DI LITRI RISCALDAMENTO E CONDIZIONAMENTO PIU RARI

38 MEDIAMENTE OCCORRE INSTALLARE UNA SUPERFICIE DI COLLETTORI SOLARI DI 2-3 METRI QUADRI PER COPRIRE IL FABBISOGNO DI ACQUA CALDA DI UNA FAMIGLIA DI 3-5 PERSONE.

39 RISCALDAMENTO PISCINE UTILIZZO DIFFUSO SOPRATTUTTO PER IL RISCALDAMENTO DI ALCUNI GRADI DELLE PISCINE SCOPERTE COLLETTORI COLLEGATI DIRETTAMENTE A CIRCUITO FILTRAGGIO ACQUA SPESA CONTENUTA VANTAGGI ECONOMICI CONSIDEREVOLI PISCINE COPERTE DOTATE DI COLLETTORI SOLARI VETRATI CON UNO SCAMBIATORE DI CALORE INSERITO NEL SISTEMA DI FILTRAGGIO DELL ACQUA

40 USI AGRICOLI COLLETTORI AD ARIA PER SERRE OPPURE PER ESSICAMENTO

41 SEZIONE COLLETTORE SOLARE

42

43 ACCUMULO ACQUA CALDA

44 FONTI RINNOVABILI SOLARE TERMODINAMICO

45 IMPIANTO SOLARE A TORRE

46 SCHEMA FUNZIONALE DI UN COLLETTORE PARABOLICO DI UN IMPIANTO SOLARE TERMODINAMICO

47 Schematizzazione dell impianto solare a concentrazione secondo il progetto ENEA

48 Dati tecnici del campo solare del progetto Archimede Numero di collettori 360 Area campo solare ha 40 Superficie attiva collettori m Energia termica accumulata Potenza elettrica nominale Energia elettrica prodotta GWh/a 167,7 MWe 20,8 GWhe/a 59,2 Recentemente ridimensionato a 5 MW

49 FONTI RINNOVABILI SOLARE FOTOVOLTAICO

50 FUNZIONAMENTO CELLA PV

51 CELLE FV Superficie: cm 2 Spessore 0,20-0,25 0,25 mm 1,5 W p

52 MODULI FV Superficie: circa 0,5 m 2 Potenza: W p

53 PANNELLO: STRUTTURA DI PIU MODULI STRINGA: PANNELLI COLLEGATI IN SERIE GENERATORE FV: STRINGHE IN PARALLELO

54 DALLA CELLA AL SISTEMA

55 EFFICIENZA DELLE TECNOLOGIE FV Tecnologia Si mc Si pc a-si asi /µcsi CdTe Cella 16-17% 17% 14-15% 15% CIS Modulo 13-15% 15% 12-14% 14% 6-7% 9-10% 8-10% 10-11% 11%

56 VARIAZIONE CON LA TEMPERATURA DELL EFFICIENZA EFFICIENZA DEI MODULI FV Tecnologia Variazione efficienza (%/ C) Monocristallino -0,335 Policristallino -0,401 Amorfo -0,217

57 Calcolo dell energia energia elettrica mediamente prodotta in corrente alternata in un anno da 1 m² m di moduli policristallini Insolazione media annua X Efficienza moduli X Efficienza del BOS = Elettricità prodotta mediamente in un anno MILANO 1372,4 kwh/m² anno 12,5% 85% 145,8 kwhel/m /m² anno ROMA 1737,4 kwh/m² anno 12,5% 85% 184,6 kwhel/m /m² anno TRAPANI 1963,7 kwh/m² anno 12,5% 85% 208,6 kwhel/m /m² anno

58 FV -ANDAMENTO TEMPORALE ENERGIA PRODOTTA

59 CAPACITA FV DI SODDISFARE DOMANDA

60 FILM SOTTILE VS. NORMALE WAFER SI Schema tipo di una sezione di cella fotovoltaica a film sottile di silicio amorfo Radiazione solare vetro p i n Contatto posteriore metallico Contatto anteriore trasparente Dispositivo di silicio amorfo SPESSORE Si: 1-31 μm WAFER: 200 μm m μm m di sfridi

61 INTEGRAZIONE FRA FV E EDILIZIA 4 VANTAGGI FILM SOTTILI Rese energetiche superiori ai pannelli tradizionali: buona risposta sta a bassi valori di irradianza e minore perdita di potenza con la temperatura (condizioni frequenti nelle applicazioni edili) Costi di produzione tendenzialmente inferiori Consentono un risparmio se progettati per sostituire componenti dell involucro esterno degli edifici Consentono soluzioni architettonicamente gradevoli (policromatismo,, sostituzione vetri, moduli flessibili)

62 APPLICAZIONI FILM SOTTILI

63 APPLICAZIONI FV

64 TIPI DI IMPIANTI SISTEMI AUTONOMI ("STAND ALONE") SISTEMI CONNESSI ALLA RETE ELETTRICA: A) CENTRALI FOTOVOLTAICHE B) SISTEMI INTEGRATI NEGLI EDIFICI

65 SCHEMA IMPIANTO FV STAND ALONE

66 SCHEMA IMPIANTO FV COLLEGATO A RETE

67 PENSILINA FV

68 IMPIANTO FV

69 GROSSO IMPIANTO FV

70 POTENZA CUMULATIVA INSTALLATA POTENZA FV ITALIA FINE 2008: ~ 340 MW (+170%)

71 POICHE CON PANNELLI PIANI OCCORRONO FRA 2 E 3 ETTARI PER MWp IL FUTURO DELLE CENTRALI FOTOVOLTAICHE RISIEDE NELLA DISPONIBILITA DI SISTEMI A CONCENTRAZIONE CON CELLE FV AD ALTA EFFICIENZA

72 CELLE A ELEVATA EFFICIENZA CELLE MULTIGIUNZIONE: strati sovrapposti di materiali diversi che intercettano bande di frequenza diverse delle radiazione solare CELLE MULTIGIUNZIONE: efficienza più elevata, costi maggiori, materiali spesso scarsamente diffusi CONVIENE QUINDI CONCENTRARE SU PICCOLE SUPERFICI DI CELLE MULTIGIUNZIONE LA MASSIMA RADIAZIONE SOLARE POSSIBILE

73 PROSPETTIVE DELLE GIUNZIONI MULTIPLE

74 LENTE DI FRESNEL

75 IMPIANTO A CONCENTRAZIONE

76 GLI IMPIANTI A CONCENTRAZIONE UTILIZZANO SOLO LA RADIAZIONE DIRETTA E RICHIEDONO QUINDI UN SISTEMA DI INSEGUIMENTO DEL SOLE (SOLAR TRACKING)

77 ESEMPIO DI SOLAR TRACKING

78 ESEMPIO DI SOLAR TRACKING

79 I PREZZI FV TENDONO A DIMINUIRE Progress Ratio: diminuzione prezzo per raddoppio produzione

80 ANDAMENTO COSTI GENERAZIONE FV /kwh 1,0 0,8 0,6 900 h/a: 0,60 /kwh 1800 h/a: 0,30 /kwh 0,4 FV POTENZA DI PICCO POTENZA DI BASE 0,2 0,

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