UN ESEMPIO DA SEGUIRE: PRODUZIONE E RISPARMIO ENERGETICO PRESSO IL POLO SCOLASTICO DI FIORENZUOLA E. MATTEI A.S

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1 UN ESEMPIO DA SEGUIRE: PRODUZIONE E RISPARMIO ENERGETICO PRESSO IL POLO SCOLASTICO DI FIORENZUOLA E. MATTEI A.S Liceo Scientifico classe 2 B Istituto Tecnico Industriale classi 2 A, 3 A, 3 B Insegnanti referenti: Liceo Scientifico Annella Zoppi Istituto Tecnico Industriale Michele Damiano Vivacqua

2 ON Risparmio Energetico Liceo Scientifico E. Mattei Classe II B A.S OFF

3 REGOLAMENTO RISPARMIO ENERGETICO NO Tapparelle abbassate Sole - luce accesa Aula vuota - luce accesa Lab. Informatica vuoto - PC accesi Lab. Scienze vuoto - microscopi accesi Aula video vuota - tv accesa SI Tapparelle alzate Pioggia, nuvole - luci accese Aula occupata - luci accese Lab. informatica occupato - PC accesi Lab. Scienze occupato - microscopi accesi Aula video occupata - tv accesa luci spente

4 Tapparelle alzate Regolamento alunni,docenti,non docenti Tapparelle abbassate SI NO Tempo nuvoloso- luce accesa Tempo sereno luce accesa SI NO

5 Lezione in corso - luce accesa Aula vuota - luce accesa SI NO Lezione di Informatica Computer accesi Aula di Informatica vuota Computer accesi SI NO

6 Aula video occupata TV accesa Aula video vuota TV accesa SI NO Lab. Scienze occupato microscopi accesi Lab. Scienze vuoto microscopi accesi SI NO

7 Ottobre Edificio Liceo Energia elettrica consumata in 10 giorni in assenza di regolamento 1567 kwh Energia elettrica consumata in 10 giorni osservando il regolamento 1435 kwh RISPARMIO 132 kwh 132 pari al 8,4%

8 Febbraio - controllo luci corridoio ingresso- Liceo 25 lampade x 58w x 8h =11,6 kw pari al consumo di 1 giorno di scuola

9 Febbraio corridoio ingresso Liceo Applicazione di interruttore crepuscolare automatico Applicazione contabilizzatore di energia ( contatore) Registrazione dati e calcolo dei consumi Controllo della luminosità- luxometro

10 Corridoio Aule Biblioteca Lavagna e tavoli da disegno Febbraio Edificio Liceo Letture luxometro 167 lux 535 lux 115 lux Valori consigliati lux lux lux Valori minimi previsti dalla legge lux 200 lux 200 lux 300 lux LX=Lumen/m 2 cioè LUX=Lumen al metro quadrato

11 Febbraio - corridoio ingresso Liceo calcolo dei consumi Consumo teorico a luci accese in un mese di scuola aperta 278 kwh Consumo reale da lettura del contabilizzatore in accensione automatica 174 kwh Kw sett tempo sereno consumo 2 sett tempo nuvoloso risparmio 3 sett tempo nuvoloso 4 sett tempo variabile Risparmio complessivo 104 kwh pari al 37,4%

12 COSTI BILANCIO GUADAGNO Luxometro 72 risparmio per a.s. Contabilizzatore kwh x 9 mesi x 0,162 = Interruttore 50 = 151,6 crepuscolare spesa totale 239 risparmio annuo di una sola linea(corridoio d ingresso) d 151,6 COSTO AMPIAMENTE AMMORTIZZATO IN DUE ANNI

13 Il nostro contributo al protocollo di Kyoto per ridurre l effetto l serra Per produrre l energia l di 1 kwh viene immesso nell atmosfera 1,2 kg di CO 2 1,2 x 104 kwh x 9 mesi = 1123,2 Kg di CO 2 per a.s. NON RILASCIATI NELL ATMOSFERA

14 UN ESEMPIO DA SEGUIRE: PRODUZIONE E RISPARMIO ENERGETICO PRESSO IL POLO SCOLASTICO E. MATTEI FIORENZUOLA D ARDA A.S Istituto Tecnico Industriale classi 3 A, 3 B

15 Il Sole: una fonte inesauribile di energia pulita La fonte dell'energia solare è il Sole Come quasi tutte le stelle, il Sole è un'immensa sfera di gas elio incandescente, che produce un'enorme quantità di energia che arriva sino alla Terra sotto forma di radiazioni elettromagnetiche e calore.

16 Come fare per catturare l energia del Sole Tra i dispositivi che utilizzano energia solare, quelli maggiormente diffusi sono: gli impianti solari termici, che forniscono calore per il riscaldamento dell'acqua o per il riscaldamento degli ambienti e gli impianti fotovoltaici, che convertono l'energia solare direttamente in energia elettrica.

17 Benefici ambientali ed economici Il sole è una fonte preziosa ed inesauribile di energia pulita. L'energia emanata dal sole nell'arco di soli venti minuti è pari alla quantità di energia consumata dall'uomo a livello mondiale in un intero anno.

18 Benefici ambientali ed economici L'utilizzo di pannelli solari per la produzione di energia elettrica e termica comporta benefici ambientali dovuti alla sostituzione di combustibili tradizionali con una fonte rinnovabile "pulita". Inoltre consente di ridurre notevolmente la bolletta energetica (energia elettrica e/o gas) di un'abitazione, di un ufficio o di un'azienda.

19 Il Solare Termico I pannelli solari termici sono costituiti da un contenitore che racchiude una serpentina in cui circola dell' acqua. I raggi solari, colpendo la serpentina, riscaldano l'acqua che vi circola, acqua che viene poi immessa in un impianto di riscaldamento.

20 Il Solare Termico Esempio di impianto per la produzione di acqua calda per usi domestici

21 Il Solare Termico Molto diffusi sono i sistemi a circolazione naturale (l acqua calda è più leggera e si sposta verso l alto, l acqua fredda è più pesante e si sposta verso il basso) Si tratta di soluzioni integrate (collettore solare + boiler) per la produzione di acqua calda per usi domestici. Rappresentano la miglior soluzione in termini di economia d'impianto e di semplicità installativa per abitazioni monofamiliari (2-5 persone).

22 Il FotoVoltaico FV fotovoltaico? Si tratta della trasformazione di una parte della radiazione solare (luce) in energia elettrica. Il termine fotovoltaico si spiega (quasi) da solo: deriva dal greco phos (=luce) e dall unitá di misura della tensione elettrica Volt.

23 Le celle fotovoltaiche sono in sostanza delle sottili lamine di silicio che, colpite dai raggi solari, producono energia elettrica. Il FotoVoltaico FV

24 Il principio di funzionamento di una fotocellula è estremamente semplice: la luce irradia la cella e produce una tensione elettrica nei cristalli di silicio che puo essere prelevata dalla superficie attraverso degli elettrodi. Una cella standard (10x10cm), in caso di pieno irradiamento solare, fornisce una tensione di ca. 0,5V e una corrente di ca. 3A, vale a dire una potenza di ca. 1,5W. Per aumentare la potenza le singole celle vengono assemblate a formare i cosiddetti moduli. Come Funziona

25 Il FotoVoltaico FV Impianto in facciata Altri tipi di impianto possono essere realizzati, per esempio su pensiline, tettoie, parcheggi, box auto, ecc. Gli impianti se sono integrati in strutture edilizie o elementi di arredo urbano possono essere finanziati.

26 Il FotoVoltaico FV I vari tipi di celle solari A seconda dei loro processi di produzione, si distinguono i seguenti tipi di celle fotovoltaiche: Celle monocristalline (1): vengono prodotte tagliando una barra monocristallina. Il vantaggio principale è un alto rendimento (fino al 16%). Questo tipo di celle è però molto costoso a causa del complicato processo di produzione. Le celle di tipo monocristallino sono caratterizzate usualmente da un omogenea colorazione blu. Celle poli(multi-)cristalline (2): vengono colate in blocchi e poi tagliate a dischetti. Il rendimento è minore (10-12%), ma anche il prezzo. Questo tipo di celle è riconoscibile da un disegno ben distinguibile (a causa dei vari cristalli contenuti). Celle amorfe (3): vengono prodotte mediante spruzzamento catodico di atomi di silicio su una piastra di vetro. Questo tipo di cella ha il rendimento minore (ca. 4-8%), ma si adatta anche al caso di irradiamento diffuso (cielo coperto, ecc.). Le celle così prodotte sono riconoscibili da un caratteristico colore scuro, inoltre sono realizzabili in qualsiasi forma geometrica (forme circolari, ottagonali, irregolari, e persino convesse).

27 Il FotoVoltaico FV Il presente e il futuro del FV. Il fotovoltaico è già oggi una fonte di energia con molti vantaggi in suo favore: Il sole è una fonte di energia gratuita e praticamente inesauribile non esistono limiti inferiori di grandezza per impianti FV. Non è invece realizzabile una centrale nucleare con una potenza di soli 3kW. Gli impianti FV sono realizzabili a partire da pochi mw (millesimi di Watt) fino a diversi MW (milioni di Watt). Gli impianti possono essere ampliati a piacere; cioè la potenza di un impianto FV può essere aumentata anche successivamente senza grossi problemi (a condizione che sia stato progettato in modo professionale!). Il fotovoltaico è particolarmente ecologico dato che non vengono prodotti gas di scarico o altre scorie di elevata durata, necessita di poca manutenzione ed ha struttura semplice, dato che non vi sono parti meccaniche in movimento. Il prezzo d acquisto (ancora) relativamente alto ha un periodo di ammortamento di pochi anni.

28 Il FotoVoltaico FV i tecnici del settore energetico devono saper: - dimensionare l'impianto in funzione dell'energia richiesta -suggerire dove collocare l'impianto e come orientare i pannelli per ottenere la massima efficienza -ricercare la migliore integrazione architettonica tra l'impianto e l'edificio - risolvere tutte le problematiche legate all'uso ottimale dello spazio, come la disposizione dei moduli finalizzata ad evitare l'ombreggiamento reciproco e a consentire l'accesso all'impianto e all'area stessa

29 L impianto FV (fotovoltaico) realizzato e funzionante sul tetto dell edificio Istituto Industriale Mattei di Fiorenzuola d Arda (PC) Descrizione dell impianto ed analisi dei dati ricavati durante il suo primo mese di funzionamento

30 Impianto FV Giorno: 25 gennaio 2006 Ore: 10:00 Visti dal tetto della scuola i pannelli solari erano ricoperti da neve e ghiaccio. La superficie libera funzionava e produceva energia elettrica!

31 Descrizione Impianto FV Breve descrizione dell impianto: - Impianto a celle fotovoltaiche per la produzione di energia elettrica - Potenza complessiva massima di 9 kw - Costituito da 3 campi da 3 kw ciascuno - Ogni campo ha un inverter - L impianto e del tipo trifase - La produzione viene inviata direttamente sulla rete nazionale - L energia elettrica prodotta non viene usata direttamente dalla Scuola

32 La tipologia degli impianti: 1. stand-alone: indipendenti dalla rete 2. grid-connected: è richiesta l'immissione della energia nella rete pubblica di distribuzione

33 Un impianto FV a immissione in rete è principalmente composto dai seguenti componenti: 1 Cella solare: per la trasformazione di energia solare in energia elettrica. Per ricavare più potenza vengono collegate tra loro diverse celle. 2 Inverter: trasforma la corrente continua proveniente dai moduli in corrente alternata convenzionale a 230V di tensione. Questo adattatore è assolutamente necessario per il corretto funzionamento delle utenze collegate e per l alimentazione della rete. 3 Quadro elettrico: in esso avviene la distribuzione dell energia. In caso di consumi elevati o in assenza di alimentazione da parte dei moduli FV la corrente viene prelevata dalla rete pubblica (4). In caso contrario l energia FV eccedente viene di nuovo immessa in rete. Inoltre esso misura la quantità di energia fornita dall impianto fotovoltaico alla rete. 4 Rete: allacciamento alla rete pubblica dell azienda elettrica. 5 Utenze: apparecchi alimentati dall impianto FV.

34 SCHEMA IMPIANTO ELETTRICO Campi inverter neutro terra Linea Trifase

35 Gli inverter sono apparecchiature elettroniche a stato solido che convertono la tensione continua (es. batterie) in una tensione alternata idonea all' alimentazione di apparati funzionanti in tensione alternata. Il loro impiego tipico è quello di alimentare dispositivi in luoghi non raggiunti dalla rete elettrica, utilizzando la batteria dell'auto, camper, ecc., o per le emergenze durante i black out. Gli inverter

36 Il sistema di controllo dell impianto FV Un grande display (1) collegato con il data logger Sunny Boy (2), ed un computer integrato (3), riceve costantemente tutti i dati necessari per visualizzare in tempo reale lo stato di funzionamento dell impianto

37 Il maxi-display Il maxi-display serve soprattutto per visualizzare: potenza attuale energia totale prodotta risparmio di CO2 dell impianto fotovoltaico.

38 Cosa è stato realizzato a scuola? Il sistema di monitoraggio dell impianto e di analisi dei dati ricevuti dagli inverter. Con questo sistema è possibile il controllo della produzione di energia elettrica ed anche di eventuali anomalie di funzionamento.

39 Cosa è stato realizzato a scuola? La possibilità di interagire e di elaborare i dati ha stimolato: 1. la sensibilità personale 2. ha permesso di verificare la reale possibilità di produrre energia ecologicamente dal sole 3. ha stimolato la voglia di avere maggiori informazioni sulle opportunità di lavoro nel settore energetico

40 Il software di controllo I dati vengono acquisiti con un intervallo di 15 minuti per ogni campo e per il sistema globale. I dati sono memorizzati per - ogni giorno, - ogni mese, - ogni anno di funzionamento dell impianto. Excel.exe 10 febbraio 2006.xls Excel.exe febbraio 2006.xls Excel.exe 2006.xls

41 Andamento Produzione di energia Febbraio febbraio

42 Andamento produzione 10 Febbraio 2006

43 Andamento Produzione di energia febbraio ,000 9,000 kw elettrici prodotti per ogni giorno del mese di febbraio 2006 Energia totale prodotta nel mese 680 kwh Energia prodotta media per giorno 24,3 kwh 8,000 7,000 6,000 kw 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000

44 Andamento Produzione di energia Marzo ,000 kw 9,000 kw elettrici prodotti per ogni giorno del mese di marzo 2006 Energia totale prodotta nel mese 1182,2 kwh Energia prodotta media per giorno 38,14 kwh 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000

45 Andamento Produzione di energia aprile 2006 (dati parziali aggiornati al 25 aprile) 10,000 9,000 kw elettrici prodotti per ogni giorno del mese di aprile 2006 Energia totale prodotta nel mese 1036,8 kwh Energia prodotta media per giorno 41,5 kwh 8,000 7,000 6,000 kw 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000

46 Risultati 2006 Dal 01 Febbraio al 25 Aprile 2006 sono stati prodotti complessivamente 680, , ,8 = 2899,0 kwh Considerando un totale di 84 giorni ( ), sono stati prodotti, mediamente, per ogni giorno del mese 34,5 kwh