Università degli Studi di Siena. Progettazione e sviluppo del sistema informativo per il monitoraggio in tempo reale di impianti fotovoltaici

Transcript

1 Università degli Studi di Siena Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni Progettazione e sviluppo del sistema informativo per il monitoraggio in tempo reale di impianti fotovoltaici Relatore Prof. Giuliano Benelli Correlatore Ing. David Baldo Tesi di laurea di Carmelo Figura A. A. 2010/ Dicembre 2011

2

3 Indice Introduzione 1 1 Introduzione al fotovoltaico Il Fotovoltaico Tipologie di impianti fotovoltaici Impianti fotovoltaici Stand Alone Impianti fotovoltaici Grid Connect Quarto Conto Energia L importanza del monitoraggio di un impianto fotovoltaico Il progetto Phoibos L analisi di un impianto La scelta dei componenti e gli strumenti utilizzati Preventivo per la realizzazione del sistema di monitoraggio Descrizione dei componenti scelti Nozioni sulla struttura hardware implementata Descrizione dello scenario wireless realizzato Gli strumenti utilizzati X-CTU: il software di configurazione per i moduli XBee Il Database Server MySQL MySQL Workbench: La piattaforma grafica di MySQL 45 i

4 ii INDICE Il linguaggio di programmazione Java NetBeans: un ambiente di sviluppo multi-linguaggio Progettazione e sviluppo del sistema informativo per il monitoraggio in tempo reale La costruzione del Database per l immagazzinamento dei dati Il portale per il monitoraggio dell impianto fotovoltaico: gli strumenti necessari Le Java Server Pages Le Servlet La Connettività al Database tramite Java (JDBC) La JFreeChart Il Portale per il monitoraggio Conclusioni e sviluppi futuri 88 Bibliografia 89 ii

5 Elenco delle figure 1.1 Cella fotovoltaica Schema semplificato di un impianto FV collegato in rete Schema di un impianto stand alone Schema a blocchi di un impianto grid connect Pianta di un impianto grid-connect Modulo ricevente IR Sensore di irraggiamento Scheda Arduino Uno Modulo Arduino Shield Modulo XBee Stazione meteo LaCrosse WS Circuito realizzato per la ricezione dei dati dell infrarosso Circuito realizzato per la ricezione dei dati dalla sonda di temperatura Tipologia di rete Mesh ZigBee Rete XBee point to point Universal Tranducer Interface Nomenclatura 16 pin UTI Schermata PC Settings Schermata Range Test iii

6 iv ELENCO DELLE FIGURE 3.15 Schermata Terminal Schermata Modem Configuration Schermata iniziale di MySQL Workbench Visual Database design SQL Editor Schermata Administrator Schermata iniziale di NetBeans Parte iniziale della creazione del database Parte di database per la gestione dei dati della stazione meteo Parte di database per raggiungere il pannello Dal pannello ai sensori e alle sue caratteristiche Schema semplificato nell ipotesi di un solo sensore di temperatura Esempio di utilizzo della JFreeChart Homepage del portale Phoibos Pagina di registrazione Password all inserimento nel database Homepage dopo il login Pagina Web della lista impianti dell utente Pagina Web della stazione meteo iv

7 Introduzione Ogni luogo in cui l uomo svolge la sua attività giornaliera necessita di energia. L aumento senza precedenti storici del prezzo del petrolio e i cambiamenti climatici hanno recentemente riacceso l interesse della politica internazionale per le fonti energetiche rinnovabili. Lo sviluppo sproporzionato rispetto alle risorse naturali, il riscaldamento della crosta terrestre, la riduzione delle risorse idriche, sono solo alcuni dei tanti fenomeni disastrosi che stanno annunciando un futuro a tinte fosche per il pianeta e per le generazioni a venire. Per ridurre rapidamente le emissioni di CO 2 l unica soluzione è il passaggio alla generazione di energia da fonti rinnovabili, e principalmente dal sole. Tra le diverse tecnologie attraverso cui è possibile sfruttare la fonte solare, il fotovoltaico rappresenta quella di gran lunga più diffusa. Il presente lavoro di tesi si colloca all interno del progetto europeo Phoibos (finanziato dalla Comunità Europea tramite la linea Manunet) che ha come obiettivo finale la realizzazione di un ambiente per il monitoraggio, la gestione, la manutenzione e la sicurezza di un impianto fotovoltaico. Gli aspetti affrontati in questa tesi riguardano la progettazione e la realizzazione di una base di dati da utilizzare per immagazzinare i parametri forniti dai vari dispositivi monitorati e la progettazione e realizzazione del portale web che permetta all utente di visualizzare l andamento del suo impianto, con la possibilità di visionare grafici e tabelle. 1

8 2 ELENCO DELLE FIGURE Nella fase preliminare è stata fatta una breve introduzione sulle caratteristiche principali di un impianto fotovoltaico e sul Quarto Conto Energia, un decreto ministeriale nel quale trovare tutte le informazioni in materia di incentivi ed erogazioni di finanziamenti per la vendita di energia prodotta da fonti solari. Nella fase di progettazione del sistema è stata fatta una rigorosa analisi dei principali punti di un impianto che necessitano di essere monitorati in quanto facilmente soggetti a logorio o a guasti tecnici. Successivamente è stata fatta una scelta dei possibili dispositivi necessari al monitoraggio puntuale delle grandezze nei punti critici ed è stato progettato un database che immagazzinasse tali valori. La progettazione del database è stata fatta considerando la presenza di tutti i dispositivi posti nei punti critici e rendendo tale struttura il più possibile modulare, in modo da potersi prestare a modifiche in base alle esigenze del monitoraggio. I dati che afferiscono al database provengono dall integrazione con un altro lavoro di tesi che si occupa della parte hardware del problema. Tale database verrà utilizzato per fornire tutte le informazioni richieste dall utente tramite l utilizzo del portale web. Il portale è stato progettato e realizzato con l obiettivo di fornire una struttura di facile utilizzo da parte dell utente, senza tralasciare la possibilità di ulteriori integrazioni future nella fase di gestione. 2

9 Capitolo 1 Introduzione al fotovoltaico La società odierna dipende dall impiego giornaliero di enormi quantità di energia (circa 300TWh/giorno) che vengono principalmente estratte da combustibili fossili. Il consistente consumo di tali risorse porterà ad una riduzione della disponibilità innescando complesse dinamiche socio-politiche; a tutto ciò si devono necessariamente associare gli effetti sulla qualità della vita dovuti alla massiccia emissione di CO 2 ed altri inquinanti nell atmosfera. Tra le varie fonti rinnovabili il fotovoltaico può contribuire alla generazione distribuita di energia, con il beneficio di riduzione delle perdite legate al trasporto e al peak shaving 1 di rete. A tutto ciò va aggiunto il fatto che la grande modularità dei sistemi fotovoltaici permette di adattarsi a diverse tipologie di utenza, dai piccoli impianti domestici su tetto fino agli impianti a terra. La produzione di energia da fonte solare è tra le fonti rinnovabili più pulite, in quanto le sue emissioni di gas inquinanti sono nulle per tutto il periodo di vita dell impianto. Un importante valore intrinseco del fotovoltaico è quello di utilizzare delle aree che non possono essere sfruttate per nessun altro fine, ad esempio superfici di discariche dismesse o aree degradate da riqualificare. 1 Assorbimento di picchi di consumo 3

10 4 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO La peculiarità di un impianto fotovoltaico è sicuramente legata all elevato costo del sistema; in Italia attualmente il costo di investimento di un impianto è stimabile in euro per KWp a seconda delle taglie e del tipo di applicazione. Il costo totale è dunque composto dalle seguenti voci: costi strutturali, ai quali vanno aggiunti i costi di installazione e i costi tecnici. L acquisto dei moduli incide sulla spesa totale per il 50-70%, a seconda della potenza dell impianto, mentre la fase di progettazione e installazione vanno dal 15% per gli impianti più piccoli al 5% per gli impianti di grande potenza. L inverter vale circa il 14% del totale mentre risulta assai difficile stimare il costo delle strutture di sostegno dei moduli in quanto dipende da vari fattori quali il materiale utilizzato, il luogo di installazione, la superficie di appoggio. Ad ogni modo tale costo si può approssimare a circa il 10% del totale. Il costo della manutenzione ordinaria, invece, risulta essere basso. Questa tecnologia infatti non ha alcuna parte in movimento, così che non si ha usura di nessuna apparecchiatura interna. Il costo annuo di manutenzione e gestione dunque si aggira intorno allo 0,5% dell investimento. In definitiva dunque un impianto fotovoltaico ideale dovrebbe essere di facile installazione (nel migliore dei casi non deve essere richiesta la presenza di un installatore) e di controllo (utilizzando ad esempio una stazione di controllo in modalità remota), affidabile e facile da riparare in caso di necessità (concetto che porterebbe alla creazione di una rete globale di assistenza). Per poter quindi ottenere i miglior benefici possibili, monitorare l impianto diventa necessario. 4

11 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO Il Fotovoltaico Il fotovoltaico 2 è la tecnologia che permette di produrre energia elettrica mediante la conversione diretta della luce solare senza l uso di combustibili e senza parti meccaniche in movimento.[1] Il silicio è il materiale più impiegato per la produzione di celle fotovoltaiche; nell industria fotovoltaica viene utilizzato il silicio cristallino (sia mono che poli) e quello amorfo. Nella forma cristallina gli atomi di silicio sono ordinati in maniera regolare, mentre nell amorfa sono distribuiti in maniera casuale. La più piccola unità che consente di trasformare direttamente la luce del sole in energia elettrica è la cella fotovoltaica, costituita da un materiale semiconduttore opportunamente trattato e di spessore molto sottile ( µ). La cella fotovoltaica è sostanzialmente un diodo, cioè una giunzione PN tra due semiconduttori P ed N. I fotoni presenti nella radiazione luminosa separano gli elettroni dagli atomi di silicio, formando le lacune. Gli elettroni sono carichi negativamente e le lacune sono cariche positivamente; le coppie elettrone lacuna, create per effetto fotoelettrico, migrano nel campo elettrico della giunzione e generano in un circuito esterno la corrente elettrica. La cella fotovoltaica è anche detta foto-pila o batteria solare. Le tipologie di celle fotovoltaiche più comuni sono: silicio monocristallino: presentano un efficienza del 16-17%; sono abbastanza costosi e, venendo estratti da lingotti cilindrici, è improbabile riuscire a ricoprire superfici estese senza sprecare materiale o spazio. silicio policristallino: sono celle più economiche ma con un efficienza più bassa (15-16%) che però hanno il vantaggio della facilità con cui è 2 Il termine fotovoltaico deriva dall unione di due parole: Photo dal greco phos (Luce) e Volt da Alessandro Volta, il primo a studiare il fenomeno elettrico. Quindi il termine fotovoltaico significa letteralmente: Elettricità dalla luce 5

12 6 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO Figura 1.1: Cella fotovoltaica possibile tagliarle in forme adatte per essere unite in moduli. silicio amorfo: le celle così fatte presentano una bassa efficienza (circa 8%) ma sono molto più economiche da produrre. Ovviamente la tipologia di cella da scegliere dipende, oltre che dal costo anche dalle condizioni di esposizione alla luce solare. Considerando la tipologia cristallina per ottimizzare la produzione elettrica è necessario che la cella sia orientata verso sud e inclinata opportunamente verso lo zenit 3. Va da sé che, qualora queste due condizioni non siano soddisfatte (ovvero con la componente preponderante di luce diffusa) è consigliabile l utilizzo del silicio amorfo che ha il vantaggio di un costo industriale inferiore. Si può dunque dire che il silicio cristallino lavora meglio in condizioni di luce diretta, mentre l amorfo funziona meglio con luce diffusa. Essendo inoltre differenti i tassi di conversione dell energia fotonica in energia elettrica a seconda del materiale usato appare chiaro che per ottenere un kilowatt di potenza sia necessaria una quantità inferiore di silicio cristallino 3 Queste due condizioni sono quelle che caratterizzano l irraggiamento diretto 6

13 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO 7 che non di amorfo. In termini di spazio occupato si può affermare che per un kilowatt di potenza con il monocristallino serve una superficie di 8 mq, con il policristallino di 9 mq e con l amorfo di 16 mq. Il modulo[1] (o pannello) è il componente elementare di un generatore fotovoltaico, formato da più celle collegate tra loro in modo da ottenere valori di tensione e corrente adatti ai comuni impieghi. Nel modulo le celle sono protette dagli agenti atmosferici da un vetro e sul lato posteriore da materiali isolanti e plastici. Il numero massimo di celle contenute in un modulo è limitato soprattutto dalla necessità di avere moduli facilmente maneggiabili. Il peso e le dimensioni di un modulo devono essere tali da permettere il montaggio anche in condizioni difficili e con poche persone. I moduli oggi più comuni in commercio hanno una potenza di picco 4 compresa tra gli 80 e i 300 W. Per calcolare, quanti moduli occorrono per un impianto si divide il numero dei Watt richiesti per il valore di picco del modulo scelto (Es: Wp : 175Wp =5,71 moduli, il che significa che ci vorranno 6 moduli con potenza di picco 175 Wp). Continuando l analisi dei componenti di un impianto, si ha il generatore elettrico, cioè l insieme di alcuni moduli che permettono di fornire l energia elettrica richiesta. I moduli possono essere connessi in serie o in parallelo. Collegandoli in serie si ottiene la stringa, mentre se vengono connessi in parallelo formano il Generatore Fotovoltaico.[1] Ciascuna stringa deve essere provvista di un diodo di blocco. Le stringhe 4 Il termine potenza di picco indica la massima potenza che la cella fotovoltaica genera in condizioni di lavoro ottimali. Tale grandezza viene indicata con l unità di misura Wp ed esprime la potenza elettrica generata (in Watt) in condizioni standard. Infatti, la potenza di picco viene definita in base a delle condizioni di funzionamento standard, le quali corrispondono ad irraggiamento di W/m 2 e ad una temperatura della cella di 25 0 C. 7

14 8 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO vengono collegate in parallelo ad un quadro di campo collegato a sua volta ad un gruppo di conversione inverter che trasforma la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata. Il quadro di parallelo, il sistema di conversione ed il quadro di consegna devono essere dotati di tutte le protezioni ai vari livelli richieste dalle norme di sicurezza. La formazione delle stringhe è importante per il dimensionamento dell impianto e la scelta dell inverter. Per rendere compatibile l energia generata dai moduli fotovoltaici con gli elettrodomestici e le apparecchiature utilizzate nelle abitazioni, occorre trasformare la corrente da continua in alternata alla frequenza ed alla tensione di funzionamento della rete elettrica. Questo si ottiene interponendo tra i moduli e la rete un inverter. L inverter è, quindi, un dispositivo elettronico in grado di convertire la corrente continua in corrente alternata. In base al tipo di energia generata gli inverter possono essere inverter trifasi (normalmente riservati ad impianti di maggiore potenza) ed inverter monofasi od inverter di stringa. L inverter, quindi, è un componente molto importante per l efficienza, la produttività e l affidabilità dell impianto fotovoltaico. In particolare, l inverter svolge le seguenti mansioni: adatta la corrente e la tensione prodotta dal generatore e quella della rete; protegge contro guasti, sovratensioni e sovraccarichi; controlla e gestisce l intero sistema. 1.2 Tipologie di impianti fotovoltaici La più diffusa classificazione dei sistemi fotovoltaici si basa sull utilizzo o il non utilizzo della rete di distribuzione dell energia elettrica. Si parla quindi 8

15 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO 9 Figura 1.2: Schema semplificato di un impianto FV collegato in rete di: Impianti fotovoltaici isolati (stand alone) Impianti fotovoltaici connessi alla rete (grid connect) Impianti fotovoltaici Stand Alone Gli impianti Stand Alone [?]sono impianti non connessi alla rete elettrica nazionale, nei quali l energia elettrica prodotta viene direttamente consumata dall utente e la parte in eccedenza viene accumulata in apposite batterie, che provvederanno a renderla utile nelle ore in cui manca l insolazione. Vengono soprattutto utilizzati dove non arriva la rete elettrica o dove sarebbe molto costoso farla arrivare (ad es. baite, siti archeologici, illuminazione stradale, alimentazione per telecamere di sorveglianza, cancelli elettrici, ecc.) Come è visibile dalla figura 1.3 i componenti di un impianto a isola sono: Pannelli fotovoltaici: hanno il compito di trasformare l irraggiamento solare in corrente elettrica continua. 9

16 10 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO Figura 1.3: Schema di un impianto stand alone Convertitore statico: in questa tipologia di impianto il convertitore può essere del tipo DC/DC (viene detto chopper) oppure DC/AC (in questo caso si parla di inverter) a seconda delle applicazioni. Regolatore di carica: è il dispositivo che ha il compito di impedire che all interno degli accumulatori si verifichino eccessi di carica e scarica troppo veloci, dunque di preservare l efficienza delle batterie e prolungarne la vita attraverso varie funzionalità : ricarica a corrente e tensione controllata delle batterie; ricerca del punto di massima potenza del campo fotovoltaico(mppt); stacco del campo fotovoltaico dalla batteria in caso di voltaggio inferiore a quello utile ad essa, come ad esempio dopo il tramonto; stacco del campo fotovoltaico dalla batteria quando quest ultima ha raggiunto la carica totale; stacco dei carichi elettrici dalla batteria nel caso in cui quest ultima si sia scaricata. 10

17 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO 11 Accumulatori: rappresentano una parte fondamentale dell impianto in quanto accumulano l energia necessaria da utilizzare quando i moduli non sono in grado di produrne a causa di condizioni ambientali avverse. Il problema principale degli accumulatori è legato alla continua carica/scarica che comporta un deterioramento più veloce rispetto alla vita media dell impianto che è stimata in circa 25 anni (tipicamente vanno cambiati 3 o 4 volte) Impianti fotovoltaici Grid Connect Gli impianti grid connect[?] sono impianti collegati in parallelo alla rete elettrica pubblica, progettati per immettere nella stessa l energia elettrica prodotta, diventando delle piccole centrali elettriche in grado di azzerare o ridurre il fabbisogno energetico di qualsiasi edificio a uso pubblico, industriale, abitazione private, ecc. I principali componenti di un impianto fotovoltaico grid connect sono: campo fotovoltaico, il cui compito è quello di raccogliere energia solare tramite i moduli fotovoltaici; inverter, il quale è deputato a stabilizzare l energia raccolta, a convertirla in corrente alternata ed a immetterla in rete; quadro di protezione e controllo che viene situato tra l inverter e la rete che questo alimenta; i cavi di connessione, spesso sottovalutati, i quali devono presentare un adeguata resistenza alle temperature e ai raggi UV. 11

18 12 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO Figura 1.4: Schema a blocchi di un impianto grid connect 1.3 Quarto Conto Energia Il 5 maggio 2011 il Ministro dello Sviluppo Economico e il Ministro dell Ambiente hanno firmato il decreto ministeriale che determina una nuova disciplina delle modalità di incentivazione della produzione di energia elettrica da impianti fotovoltaici. Il quarto Conto Energia pone le basi per lo sviluppo di medio-lungo periodo del comparto, accompagnandolo al raggiungimento dell autosufficienza economica. Attraverso la razionalizzazione e una progressiva riduzione delle tariffe, sarà possibile controllare e impiegare con maggiore efficacia l onere a carico di cittadini e imprese.[2] Il quarto Conto Energia prevede un nuovo sistema di regolazione automatica del livello degli incentivi in relazione alla potenza installata che entrerà a regime a partire dal Nel periodo transitorio è previsto una diminuzione progressiva necessaria per allineare il nostro Paese ai livelli comunitari e assicurare la salvaguardia degli investimenti in corso. Inoltre un tetto di spesa massima ed un registro tenuto 12

19 CAPITOLO 1. INTRODUZIONE AL FOTOVOLTAICO 13 dal GSE 5 solo sui grandi impianti (superiori a 1 MWp su tetto e 200 kwp a terra), consentiranno di limitare i fenomeni speculativi. La tariffa percepita viene determinata dal momento dell entrata in esercizio dell impianto, con la garanzia del rispetto dell iter di connessione da parte del gestore di rete, in conformità con i tempi e le relativi sanzioni previste dall Autorità per l energia elettrica e il gas. Con questo nuovo sistema si prevede di raggiungere la grid parity e cioè la competitività della tecnologia - all incirca nel Come conseguenza di quanto finora detto, assume un ruolo fondamentale il monitoraggio dell impianto fotovoltaico. Riuscire a capire in tempo reale se il sistema è in stallo o non funziona correttamente è molto importante perché evita lunghi stop dell impianto (nel caso di impianti stand alone causa la scarica degli accumulatori, mentre per gli impianti grid connect si ha una perdita economica in quanto non si immette energia nella rete). 5 Gestore dei Servizi Energetici 13

20

21 Capitolo 2 L importanza del monitoraggio di un impianto fotovoltaico Ogni giorno un numero sempre maggiore di impianti fotovoltaici, sia industriali che civili, vengono installati senza prevedere un adeguata manutenzione. I sistemi tecnologici, sopratutto quando sono in forte sviluppo, necessitano di una manutenzione ordinaria e straordinaria effettuata da tecnici specializzati che, tuttavia, non garantisce la costante e piena efficienza di un impianto fotovoltaico e, ancor meno, l intervento preventivo per un imminente perdita di energia o per un guasto. I sistemi fotovoltaici non richiedono una eccessiva manutenzione ed i loro costi di gestione sono abbastanza bassi: il processo che trasforma la luce solare in energia elettrica non è soggetto ad usura. Nonostante ciò, gli impianti fotovoltaici richiedono una regolare pulizia dei pannelli e per rendere al meglio devono essere ben esposti al sole ed in una zona ventilata. Canadian Solar[3], fra le maggiori società al mondo che operano nel mercato dell energia solare, ha stilato e reso pubblica una lista di consigli utili alla manutenzione degli impianti fotovoltaici: 15

22 16 CAPITOLO 2. L IMPORTANZA DEL MONITORAGGIO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO 1. Controllare l impianto annualmente in modo da prevenire eventuali futuri guasti o blocchi. Sopratutto nei periodi più freddi, la struttura di supporto dei moduli può danneggiarsi a causa del peso della neve o delle variazioni termiche. Sarà dunque buona norma testare l impianto prima del periodo di sua maggior produttività, onde evitare battute d arresto nel suo funzionamento con conseguenti perdite di produttività. 2. Tenere sotto controllo tramite strumenti di monitoraggio il rendimento dei pannelli e dell impianto fotovoltaico. Tramite l impiego di tali strumenti si possono ricavare molti dati utili, fra cui l energia prodotta, l indice di irraggiamento e la temperatura dei moduli. 3. Se non si è in possesso di strumenti di monitoraggio un buon modo di controllare se l impianto funziona bene e quello di confrontare i dati forniti dall impianto stesso con quelli di altri impianti attivi nelle zone limitrofe, o con valori presenti sul web. 4. Una causa di malfunzionamento è l inquinamento : se l impianto è situato in zone di campagna, foglie ed escrementi di uccelli possono finire sulla superficie dei moduli; inoltre anche i vegetali possono insidiare la struttura del sostegno a terra dei moduli, trattenendo la polvere. Con questi pochi consigli, la manutenzione dell impianto sarà assicurata. Tuttavia si può ulteriormente migliorare la produttività utilizzando sistemi di monitoraggio che riescano anche a fare previsione. I sistemi di monitoraggio tradizionali utilizzano prodotti off-the-shelf 1, che vengono integrati ad hoc nel sistema. Questi prodotti sono in grado di raccogliere dati, immagazzinarli in un server via web e limitare i costi di monitoraggio per fasce di prezzo, non consentendo però una significativa penetrazione 1 In ingegneria gestionale l espressione componente (Commercial) Off-The-Shelf si riferisce a componenti hardware e software disponibili su mercato per l acquisto da parte di aziende di sviluppo interessate ad utilizzarle all interno dei loro progetti di sviluppo. 16

23 CAPITOLO 2. L IMPORTANZA DEL MONITORAGGIO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO 17 di mercato a livello residenziale. L avvento di una nuova generazione di soluzioni per il monitoraggio dell energia rinnovabile (spesso indicata con il termine Monitoraggio 2.0 [4]) prende in considerazione anche gli impianti residenziali. I dispositivi che ne fanno parte permettono la visualizzazione dei dati relativi alle prestazioni attuali rispetto a quelle stimate, direttamente da un portale on-line. Le soluzioni di monitoraggio 2.0 hanno dato una forte importanza sia ai proprietari degli impianti, i quali forniscono le informazioni rilevanti, sia agli installatori che forniscono i dati di un controllo economico continuo del rendimento dell impianto. Con un sistema di monitoraggio 2.0, se un impianto è inattivo o si discosta di una certa percentuale definita dall utente dal rendimento previsto, vengono inviate subito segnalazioni per avvisare l installatore della deviazione delle prestazioni. La produzione di energia di un impianto fotovoltaico dipende da numerosi fattori tecnologici e ambientali; ad esempio la potenza prodotta, a parità di tecnologia, dipende dall irraggiamento solare e da altri fattori ambientali. Proprio per questo la potenza complessiva prodotta non è un parametro sufficiente a rilevare il corretto funzionamento o il malfunzionamento delle singole componenti di un impianto. Anche per questo motivo il monitoraggio in tempo reale (o comunque a determinati istanti temporali) può consentire di : Ottimizzare la produzione in funzione delle condizioni ambientali e meteorologiche o delle risorse disponibili; molti impianti, infatti, sono ancora poco ottimizzati da un punto di vista produttivo e della gestione per cui la loro efficienza è relativamente bassa rispetto alle potenzialità dell impianto; Controllare il corretto funzionamento delle singole componenti oltre che 17

24 18 CAPITOLO 2. L IMPORTANZA DEL MONITORAGGIO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO dell impianto stesso; Garantire la sicurezza degli impianti contro danni e intrusioni. Oltre agli aspetti del monitoraggio e della sicurezza degli impianti, è oggi sempre più importante per il mercato dell energia avere strumenti in grado di fare previsione in breve tempo sulla produzione e disponibilità di energia sul territorio. 2.1 Il progetto Phoibos Questo lavoro di tesi è incastonato all interno di un progetto ben più articolato: il progetto Phoibos, il cui obiettivo e quello di realizzare una piattaforma ICT 2 per il monitoraggio e l ottimizzazione della produzione di energia da sorgenti fotovoltaiche. Phoibos si propone di realizzare un ambiente per il monitoraggio, la gestione, la manutenzione e la sicurezza di un impianto fotovoltaico utilizzando le potenzialità offerte dalle moderne tecnologie ICT e dall evoluzione dei sistemi di produzione di energia fotovoltaica. Integrando queste tecnologie Phoibos consentirà: Il monitoraggio in tempo reale della produzione di energia e dell efficienza di un impianto nel suo complesso e delle sue singole componenti; La rilevazione di malfunzionamenti e di situazioni critiche per le singole componenti dell impianto; Il monitoraggio in tempo reale dei fattori ambientali/meteorologici che influenzano la produzione dell energia da parte dell impianto; Il controllo e la gestione della sicurezza contro atti vandalici, furti e malfunzionamenti; 2 Information and Communication Technology 18

25 CAPITOLO 2. L IMPORTANZA DEL MONITORAGGIO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO 19 La disponibilità di dati storici e di informazioni sulla manutenzione e programmazione di interventi sui vari componenti dell impianto; La previsione della produzione in base ai dati storici e alle condizioni ambientali in modo da consentire una programmazione della produzione e l eventuale inserimento in un sistema territoriale di produzione dell energia (smart grid). Per raggiungere questi obiettivi il progetto realizzerà una piattaforma tecnologica innovativa composta dai seguenti ambienti: 1. Un ambiente per il monitoraggio e la gestione dell impianto (MPN Monitoring Plant Network) composto da sensori e attuatori utili sia per misurare parametri e grandezze fisiche, sia per rilevare il corretto funzionamento delle varie componenti dell impianto, sia per gestire il controllo degli accessi. MPN contiene inoltre una serie di strumenti per il controllo a distanza dell impianto, per ottimizzare la produzione o per mettere in condizioni non operative componenti che presentano malfunzionamenti; 2. Un ambiente di comunicazione wireless (WCE Wireless Communication Environment) per consentire la connessione dei sensori e dei sistemi di controllo sia a livello di copertura dell area dell impianto, sia a livello geografico verso un eventuale centro servizi posto al di fuori dell impianto; 3. Un centro di monitoraggio (MC Monitoring Centre) che elabora i dati, invia segnalazioni o informazioni agli operatori e gestisce i vari attuatori per ottimizzare la produzione di energia. 19

26 20 CAPITOLO 2. L IMPORTANZA DEL MONITORAGGIO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO 2.2 L analisi di un impianto Per questo lavoro di tesi è stato preso in considerazione un impianto 3 gridconnect di medie dimensioni sul quale sono state fatte accurate analisi sui vari punti dove il monitoraggio potrebbe migliorare la produttività. Figura 2.1: Pianta di un impianto grid-connect In figura 2.1 sono indicati i principali punti dove il monitoraggio potrebbe migliorare la produzione. Punto A: monitoraggio di tensione, corrente e frequenza nella parte di immissione alla rete. Può essere utile per capire se, a causa di malfunzionamen- 3 L impianto mostrato in figura 2.1 è un impianto montato su tetto con una potenza nominale di 18,43 KW. Inoltre si tratta di un impianto classificato BT(Bassa Tensione) in quanto produce una potenza inferiore ai 200 KWp ed è alimentato con tensione a 380V. 20

27 CAPITOLO 2. L IMPORTANZA DEL MONITORAGGIO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO 21 ti di qualche componente a valle, si attiva il blocco di protezione di interfaccia. Punto B: monitoraggio di tensione e corrente nella parte di linea connessa alle altre utenze che usufruiscono dell energia prodotta. Fare un confronto con i dati ottenuti al punto precedente può rivelarsi utile al fine di comprendere il motivo per cui può attivarsi la protezione di interfaccia, ad esempio se il blocco è dovuto a fluttuazioni di tensioni e/o frequenza. Punto C: monitoraggio tramite un contatore con clock per rilevare il numero di volte che si attiva la protezione di interfaccia. L impianto in questione è composto da più di 3 inverter ed è necessario, in accordo con la norma CEI e con le Regole tecniche di connessione del Distributore di Energia Elettrica (ENEL Distribuzione, ACEA, AEM, etc.), inserire il blocco di protezione di interfaccia. Punto D: monitoraggio di tensione e corrente per verificare eventuali malfunzionamenti del contatore fornito dal distributore. Punto E: monitoraggio di tensione, corrente e frequenza per rilevare malfunzionamenti degli inverter 4. In aggiunta, se gli inverter sono posti all interno di un locale chiuso, si può fare monitoraggio della temperatura ambiente del locale e della temperatura del dissipatore degli inverter, per poter, ad esempio, attivare un sistema di ventilazione meccanizzato che riduca il calore nel locale. Punto F: monitoraggio di tensione in continua e corrente in continua. Tipicamente i punti E e F sono in realtà un unico punto, in quanto spesso gli 4 Ogni inverter presente nell impianto è dotato di una protezione di interfaccia interna che controlla la disponibilità della rete di uscita. Tuttavia non tutti gli inverter sono dotati di protezione di interfaccia specialmente quelli superiori a 20KW, i quali devono per legge avere una protezione di interfaccia esterna 21

28 22 CAPITOLO 2. L IMPORTANZA DEL MONITORAGGIO DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO inverter forniscono informazioni sia per il lato in corrente continua sia per quello in alternata. Punto G: monitoraggio di tensione e corrente per rilevare quale stringa non funziona correttamente. Se per progettazione tutte le stringhe sono omogenee 5 bastano i valori di tensione; può inoltre essere utile per rilevare guasti dei fusibili e/o eventuali gruppi di moduli/stringhe non funzionanti. I moduli fotovoltaici connessi allo stesso inverter con singolo MPPT (Maximum Power Point Tracker) sono identici, ovvero sono della stessa marca, forniscono la stessa potenza e hanno la stessa inclinazione. Se l inverter presenta MPPT diversi è possibile collegare anche moduli diversi o con diverse esposizioni in ingresso a distinti MPPT. L unico vincolo che rimane è che le stringhe afferenti al singolo MPPT devono essere omogenee. Punto H: monitoraggio ambientale da effettuarsi su campo tramite l impiego di sonde di temperatura e di sensori di irraggiamento da posizionare su tutti o su alcuni dei moduli presenti nell impianto per ottenere informazioni importanti sul rapporto temperatura modulo/produzione di energia. Inoltre, utilizzando una stazione meteo, si possono ottenere informazioni utili al fine di fare previsioni sulle condizioni atmosferiche e per riuscire, tramite l impiego eventualmente di sensori dedicati, a capire se un pannello e sporco, bagnato o mal funzionante. 5 Per omogeneità si intende: marca, modello, tilt (inclinazione sul piano orizzontale) e azimut (orientamento che per convenzione si fissa sul Sud=0 o Est=-90 o Ovest=+90 o ) 22

29 Capitolo 3 La scelta dei componenti e gli strumenti utilizzati In questo capitolo vengono elencate le possibili scelte dei componenti da usare fornendone delle brevi descrizioni per motivarne la scelta. Successivamente verranno descritti gli strumenti utilizzati per la realizzazione del sistema informativo per il monitoraggio in tempo reale. Un obiettivo primario di questo lavoro di tesi è la progettazione di un prodotto che sia possibile usare in tutti gli impianti. Per questo motivo, come tipo di trasmissione, è stato scelto il wireless. Questa scelta è motivata dal fatto che la tecnologia wireless è facilmente adattabile anche a impianti già in funzione, mentre se si volesse usare la trasmissione cablata sarebbe necessario, con conseguente aumento del costo, creare una nuova rete nell impianto. 23

30 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 3.1 Preventivo per la realizzazione del sistema di monitoraggio La stesura dell elenco dei possibili componenti per la realizzazione del sistema di monitoraggio è stata fatta analizzando alcuni aspetti fondamentali dell impianto, quali: la conoscenza della distanza che intercorre tra il campo fotovoltaico e l unità di controllo e gestione o anche la semplice unità adibita ad immagazzinare i dati. Questo tipo di informazione risulta fondamentale nella scelta di una tecnologia di trasmissione piuttosto che di un altra (infatti se le distanze sono minime si potrà usare la tecnologia wireless ZigBee, mentre se le distanze cominciano ad essere considerevoli una buona scelta potrebbe essere l installazione di trasmettitori Wi-Fi); la distanza che c è tra i vari componenti dell impianto e l unità di controllo e gestione o la semplice unità atta all immagazzinamento dei dati. Anche in questo caso si può scegliere tra ZigBee per piccole distanze (in alternativa si può decidere di realizzare una rete via cavo tramite interfaccia RS485 con protocollo MODBUS) oppure optare per il Wi-Fi qualora la distanza risultasse considerevole. Il tipo di inverter installato nell impianto, in quanto è utile sapere se il dispositivo è dotato di uscite che forniscono i dati via wireless (es. Zig- Bee, Bluetooth, Wi-Fi) o via cavo tramite interfacce RS232 o RS485. In questo caso può risultare utile l uso del Radiomodem ZigBee-seriale ATC 3200[5], un economico radiomodem basato sulla tecnologia Zig- Bee ideale per una vasta gamma di applicazioni che vanno dalla semplice sostituzione del cavo RS-232 alle più sofisticate reti multi-drop RS

31 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 25 Per quanto riguarda il monitoraggio delle stringhe una buona scelta consiste nel prendere i parametri fondamentali da due stringhe orientate diversamente o composte da moduli di materiale diverso in modo da riuscire ad avere un sufficiente set di dati che può coprire abbastanza bene la disomogeneità dell impianto. Prendendo sempre come esempio l impianto di figura 2.1, si è scelto di creare una rete che implementi lo standard ZigBee per trasmettere i dati all unità centrale provenienti dal pannello e dal contatore e un collegamento via cavo tramite interfaccia RS485 con protocollo MODBUS per i rimanenti dispositivi, in quanto si è deciso di collocare l unità centrale nei pressi degli inverter. Di seguito sono elencati i dispositivi scelti per implementare il sistema. Punti di monitoraggio A-D-H A-D H G B-C Dispositivi scelti Arduino Uno Arduino XBee Shield Moduli XBee IR Receiver Module 36KHz Termoresistenza Cl.A Pt x100mm Sensore di irraggiamento Stazione Meteo LaCrosse WS2357 wireless Controllore di stringa AD12 lato c.c. Analizzatore di rete multifunzionale WM12-DIN Ad essi vanno aggiunti: - Cavetti Jumper M/M-15cm; - Base per Arduino e Breadboard; - Breadboard con 400 punti di connessione; - Alimentatore solare; - Kit pannello fotovoltaico da 20W con regolatore di carica da 4A; - Batteria PBYUCELL 7A 12V; - Convertitore DC-DC 12V 24V. Nei punti A-D-H, utilizzare Arduino Uno con XBee Shield e il modulo XBee accoppiato al ricevitore ad infrarossi o alle sonde di temperatura e 25

32 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI irraggiamento è vantaggioso, oltre che poco oneroso, in quanto il pacchetto dati da ricevere è di dimensioni ridotte. Inoltre, tramite uno script da implementare su Arduino o tramite un semplice programma di ricezione dei dati, si possono settare i parametri che si voglio ricevere, i tempi di comunicazioni, oltre che eventuali fasi di spacchettizzazione che potrebbero essere necessarie qualora si sia deciso di impacchettare i dati per riuscire a distinguere la loro provenienza. Scegliere Arduino è vantaggioso perché, oltre ad avere un costo contenuto, utilizza un circuito stampato che integra un microcontrollore con PIN connessi alle varie porte di Input/Output e un interfaccia USB che consente la comunicazione con il computer. Inoltre viene affiancato da un ambiente di sviluppo integrato (IDE) adatto a qualsiasi sistema operativo, che consente di scrivere programmi con un linguaggio semplice e intuitivo derivato da Ce C++. Altra particolarità di Arduino è che le informazioni sull hardware e sui progetti sono disponibili per chiunque ne avesse necessità: si tratta quindi di un hardware open source. Per i punti B-C-G si potrà decidere volta per volta se è necessario l uso di Arduino con modulo di trasmissione XBee o se semplicemente basterà un cavo che collegherà i dispositivi all unità centrale. Questo dipende dove viene ubicata l unità di controllo e gestione dei dati. Lo stesso discorso è estendibile anche per i punti precedenti(a-d-h), visto che nei casi reali, la distanza che c è tra i moduli e l unità di controllo è superiore al range di copertura della tecnologia XBee. In questi casi sarà necessario cambiare la tecnologia di trasmissione (ad esempio utilizzando il Wi-Fi) oppure inserire dei ripetitori all interno della tratta da coprire. 26

33 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI Descrizione dei componenti scelti Analizzatore di rete Un analizzatore di rete è uno strumento impiegato per analizzare le proprietà delle reti elettriche, in particolare il comportamento associato alla riflessione ed alla trasmissione di segnali elettrici. Gli analizzatori di rete sono usati principalmente per le alte frequenze, tipicamente da alcune centinaia di KHz fino a molti GHz. Gli analizzatori di reti elettriche sono strumenti multifunzionali che misurano la corrente continua, la corrente alternata, l intensità di corrente DC, l intensità di corrente AC e la potenza in watt. Per monitorare il lato delle stringhe in continua si può utilizzare il controllore di stringa CE-AD12 prodotto dalla A&G Engineering SRL[6]. Il dispositivo consente di misurare simultaneamente tensione, corrente e potenza in uscita da una stringa fotovoltaica (tensione massima fino a 1000V, corrente massima fino a 100A) e dispone di uscita RS485 con protocollo MODBUS. Rappresenta una soluzione molta compatta, infatti utilizza un unico trasduttore per le misure. In tal modo effettuando dei confronti fra i valori forniti da ciascuna stringa monitorata si riesce immediatamente ad individuare un eventuale malfunzionamento dovuto ad un guasto che altrimenti sembrerebbe dovuto alla mancanza di sole. Se ad esempio si hanno 30 stringhe da 2KW ciascuna, la potenza totale fornita è di 30 2KW = 60KW. Supponendo che una stringa si guasti e non fornisca potenza, la potenza totale fornita diventa di 58KW. Se si legge solo il valore globale dall inverter non si è in grado di determinare se questa diminuzione di potenza è dovuta ad una riduzione di intensità della luce solare o ad un guasto di una stringa, tranne che non vi siano installati anche dei sensori di irradiazione. Utilizzando questo dispositivo si ha la possibilità di individuare il guasto in 27

34 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI tempo reale consentendo un rapido intervento. Per monitorare, invece, il lato in corrente alternata una buona scelta è l impiego dell indicatore multifunzione WM12DINAV53DS[7] prodotto da Carlo Gavazzi Automation SPA. Questo indicatore trifase presenta una tastiera di programmazione integrata ed è particolarmente indicato per la visualizzazione delle variabili elettriche principali. E dotato di una custodia per montaggio con guida DIN 1, ha un grado di protezione frontale IP40 2 e una porta RS485 di comunicazione seriale. Un ulteriore soluzione alternativa è data dall analizzatore di energia trifase EM24-DIN[7], sempre prodotto da Gavazzi, il quale presenta un joystick di programmazione incorporato e un display LCD per la visualizzazione dei dati; è particolarmente indicato per misurare l energia attiva e reattiva. Anch esso presenta una custodia per il montaggio a guida DIN, ma ha una protezione frontale IP50. L analizzatore può essere dotato di uscite digitali, ciascuna delle quali può essere utilizzata per la ritrasmissione, mediante impulsi, dell energia attiva o reattiva misurata, o anche utilizzabile come uscite per segnalare allarmi. 1 Supporto metallico per sostenere le varie apparecchiature elettriche tipo salvavita, timer, magnetotermici, ecc. Lo si può trovare all interno di quadri elettrici, dai più piccoli (come quello che si trova in casa) ai quadri industriali. 2 Secondo la norma CEI 70-1(Norma italiana che corrisponde alla EN 60529) il grado di protezione dell involucro di apparecchiature elettriche con tensione nominale non superiore a 72.5 KV viene così descritto: la prima cifra indica il grado di protezione contro il contatto di corpi solidi esterni e contro l accesso a parti pericolose, mentre la seconda cifra indica la protezione contro la penetrazione dei liquidi. Esiste inoltre un terzo valore che indica il grado di resistenza meccanica dell involucro. Quindi una protezione IP40 vuol dire: 1 a cifra: 4. Il materiale è protetto contro corpi solidi di dimensioni superiori a 1mm ed è protetto contro l accesso con filo. 2 a cifra: 0. Il materiale non è protetto contro la penetrazione di liquidi 28

35 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 29 Ricevitore infrarosso La scelta di utilizzare i moduli riceventi IR integrati, rispetto ai fototransistor o ai fotodiodi è legata ai seguenti vantaggi: - sono molto sensibili; - sono immuni alla luce ambientale; - hanno un consumo ridotto ( 1.5 ma); - hanno dimensioni ridotte; - permettono una notevole semplificazione del circuito. Figura 3.1: Modulo ricevente IR I sensori integrati sono costituiti da un fotodiodo IR e da un amplificatore + filtro passabanda + elettronica di controllo, montati in un piccolo contenitore plastico che funge da filtro IR. Presentano tre piedini (diversamente disposti secondo la casa produttrice): +Vcc, massa e OUT. In commercio esistono sensori IR tarati su diverse frequenze (normalmente comprese tra 30 e 40 KHz). 29

36 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI Sensore di irraggiamento e temperatura La produzione di energia di una cella solare dipende da diversi fattori. Prima di tutto, una cella solare non risponde in maniera costante a tutte le frequenze della radiazione incidente, ad esempio una cella in silicio ha un efficienza massima in corrispondenza dell intervallo delle frequenze della luce visibile. In secondo luogo, la producibilità di una cella solare, e di conseguenza di un sistema fotovoltaico, dipende dalla radiazione incidente sulla sua superficie. In ultimo, ma non per questo meno importante, c è un altro effetto che influenza le prestazioni di un sistema fotovoltaico: la temperatura. Infatti come tutti gli altri dispositivi a semiconduttore, le celle solari sono molto sensibili alla temperatura. Un aumento di temperatura riduce la band gap di un semiconduttore, influenzando la maggior parte dei suoi parametri, dunque valori alti di temperatura causano una minor produzione di energia da parte del sistema fotovoltaico. Per queste ragioni è molto importante controllare i parametri di un impianto tramite precisi strumenti: i sensori di irraggiamento solare: Solarimetro e Piranometro. Un solarimetro è uno strumento usato per la misurazione del flusso della radiazione solare. Ci sono sostanzialmente due tipi di solarimetri: i piranometri e i solarimetri che usano l effetto fotovoltaico. Un solarimetro che utilizza l effetto fotovoltaico ha lo stesso comportamento di un sistema fotovoltaico: produce cioè un segnale elettrico in funzione della luce incidente, rispondendo in particolare alla luce visibile con una risposta che dipende dalla temperatura della cella. Pertanto i valori che fornisce devono necessariamente essere corretti in base al valore assunto dalla temperatura. Questa misura può essere ottenuta grazie ad una termocoppia. Un piranometro serve invece per misurare la radiazione globale su di una superficie (radiazione diretta e diffusa). Il principio di funzionamento è tipicamente basato sulla misura della differenza di temperatura tra una superficie scura (superficie che può assorbire la maggior parte della radiazione solare) ed 30

37 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 31 una chiara (superficie che tende a riflettere, assorbendo una minor quantità di calore). Questa differenza viene misurata tramite l utilizzo di una termopila 3 : la differenza di potenziale che si genera in essa a causa del gradiente di temperatura tra le due superfici, consente di misurare il valore della radiazione solare globale incidente. Un possibile sensore da integrare nel sistema di monitoraggio è Si-12TC prodotto AROS Solar Technology[8]. Questo sensore utilizza una cella monocristallina che si attiva in cortocircuito attraverso una resistenza di bassa impedenza. Tutti i sensori che appartengono a questo famiglia dispongono di una compensazione attiva di temperatura che permette di aumentare la precisione della misura. Inoltre Si-12TC è in grado di misurare anche la temperatura attraverso un sensore integrato nella cella. Figura 3.2: Sensore di irraggiamento Termoresistenza classe A Pt1000 La termoresistenza è un sensore di temperatura che sfrutta la variazione della resistività di alcuni materiali al variare della temperatura. In particolare per i metalli esiste una relazione lineare che lega resistività e temperatura: ρ(t ) = ρ 0 [1 + α(t T 0 )] 3 Una termopila è composta da termocoppie generalmente connesse in serie. 31

38 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI dove T è la temperatura, ρ(t ) è la resistività del materiale alla temperatura T, ρ 0 è la resistività alla temperatura T 0 e α è un coefficiente che dipende dal tipo di materiale. Sfruttando la relazione che lega la resistenza con la resistività e andando a considerare la sezione S e la lunghezza L del materiale: R = ρl S si ottiene: R(T ) = R 0 [1 + α(t T 0 )] con la quale si può risalire alla temperatura da una misura di resistenza. Le sonde di temperatura Pt1000 sono adatte per essere utilizzate come sonde ambiente e sonde esterne in sistemi di riscaldamento, in particolar modo in impianti funzionanti ad alte temperature. La sonda Pt1000 scelta è una sonda ad isolamento minerale, estremamente robusta, resistente alle vibrazioni e a temperature comprese tra 50 o C e 500 o C. Questa sonda può essere piegata con un raggio minimo di curvatura pari a tre volte il diametro, consentendo il montaggio anche in posizioni particolari. Microcontrollore Arduino Uno Una scheda Arduino si basa su un microcontroller a 8 bit, con l aggiunta di componenti supplementari che rendere più semplice l interazione in altri circuiti. La versione UNO utilizza un microcontrollore Atmega328 programmato per lavorare come convertitore USB-Seriale. Per implementare il comportamento interattivo, Arduino è fornita di potenzialità di Input/Output, grazie ai quali riceve i segnali raccolti dai vari sensori. Per interagire con l esterno Arduino UNO utilizza attuatori pilotati dai canali di output in dotazione. L alimentazione della scheda può avvenire o tramite la porta USB del PC, o attraverso i più comuni alimentatori USB, o anche tramite un adattatore in corrente continua a 9 Volt con connettore cilindrico[9]. 32

39 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 33 Figura 3.3: Scheda Arduino Uno Modulo XBee Shield per Arduino Il modulo XBee Shield[10] consente ad una scheda Arduino la comunicazione in modalità wireless tramite il protocollo XBee coprendo distanze che vanno dai 100 m indoor ai 300 m all aperto, tramite l utilizzo della line-of-sight 4. Figura 3.4: Modulo Arduino Shield 4 Linea di vista, nella terminologia delle telecomunicazioni è il percorso ottico in linea retta fra un dispositivo trasmettitore ed uno ricevitore. La sua importanza sta nel fatto che, così come la luce, ogni onda elettromagnetica si propaga in linea retta in un mezzo isotropico. In fisica l isotropia è la proprietà di indipendenza dalla direzione, da parte di una grandezza definita nello spazio. 33

40 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI Modulo trasmittente XBee Il modulo XBee è una soluzione compatibile con lo standard ZigBee/IEEE che soddisfa la necessità di una rete a basso costo e a basso consumo, pensata principalmente per l utilizzo con sensori. I moduli sono semplici Figura 3.5: Modulo XBee da utilizzare, richiedono pochissima energia e costituiscono una soluzione efficace ed affidabile per la trasmissione di dati critici; inoltre le dimensioni estremamente compatte fanno risparmiare spazio prezioso nelle applicazioni in cui è presente. Il più grande vantaggio di questi moduli consiste nel fatto che essi sono bidirezionali, a differenza di molti altri sistemi economici che lavorano a 433MHz che invece sono unidirezionali, e quindi sono in grado di trasmettere e ricevere i dati in entrambe le direzioni, il che consente di testare facilmente (da entrambi i lati) se il sistema sta funzionando correttamente. Il secondo vantaggio consiste nell indirizzamento univoco di questi moduli. Ogni XBee, infatti, ha un numero seriale univoco; ciò significa che due o più unità possono essere impostate per scambiare dati esclusivamente tra di loro, ignorando tutti i segnali di altri eventuali moduli presenti. Il terzo vantaggio consiste nella logica precostruita all interno dei moduli XBee: infatti sono già implementati tutti i necessari controlli tipici di una trasmissione wireless, quali ad esempio l error checking. 34

41 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 35 La stazione meteo La stazione meteo LaCrosse WS2357[11] è un sistema meteorologico capace di leggere, elaborare e visualizzare dati provenienti da tre sensori esterni, sia attraverso cavi collegati, o segnali di frequenza 433 MHz senza fili. In dotazione alla stazione c è un display a cristalli liquidi dove vengono visualizzate tutte le informazioni meteorologiche, con possibilità di scelta tra i dati dell ultimo minuto o tra i valori massimi di ogni parametro monitorato. I dati ricevuti sono aggiornati in maniera continua per fornire le ultime informazioni meteorologiche; il sensore igrotermico è l unità principale per la comunicazione dei dati, dal momento che i sensori di vento e di pioggia sono collegati ad esso che gli fornisce l alimentazione e viene usato per le comunicazioni con la stazione base. Figura 3.6: Stazione meteo LaCrosse WS

42 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 3.2 Nozioni sulla struttura hardware implementata In questo lavoro di tesi l attenzione è stata rivolta ai problemi di natura ambientale che riguardano principalmente: La costruzione di una rete wireless per gestire la sonda di temperatura e il ricevitore infrarosso; La configurazione di una stazione meteo per la ricezione dei parametri ambientali. Figura 3.7: Circuito realizzato per la ricezione dei dati dell infrarosso Nello scenario realizzato si è scelto di usare un architettura a Stella rispetto a quella Mesh, la quale richiede più tecnologia e dunque un aumento del costo. I dispositivi scelti per tale configurazione sono: microcontrollore Arduino 1.0; adattatore per trasmissione XBee Shield Arduino; moduli per la trasmissione XBee. 36

43 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 37 Figura 3.8: Circuito realizzato per la ricezione dei dati dalla sonda di temperatura Descrizione dello scenario wireless realizzato Valutazione dell architettura di reti XBee e ZigBee su piccola scala XBee e ZigBee[12] sono due tipologie di reti a radiofrequenza di prossimità che rientrano nella low bit-rate Personal Area Network (PAN). XBee è una rete di prima generazione con lo stesso standard di comunicazione dello Zig- Bee, che da la possibilità di connettere più sistemi (ad esempio computer) sostituendo la connessione cablata. Può funzionare nella connessione point to point o nella connessione point to multipoint. ZigBee è stato realizzato nel 1998 per soddisfare il bisogno di piccole reti auto configuranti ed economiche; nel 2003 è stato rilasciato dai gruppi IEEE 802 legati alle PAN, lo standard che definisce i livelli inferiori (OSI) di ZigBee, ovvero un infrastruttura di comunicazione ed una logica di controllo semplice e leggera dove i dispositivi sono in grado di comunicare tra loro in maniera autonoma. Lo standard ZigBee definisce un meccanismo di comunicazione wireless operante su piccole distanze e con una modesta banda passante: 250 kbps su un raggio teorico tra i dieci e gli ottanta metri. Inoltre, ZigBee opera come rete a basso consumo e basso bit-rate e permette la con- 37

44 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI nessione di vari oggetti, quali: i sensori ambientali, gli interruttori della luce, o gli allarmi a cui fornisce la capacità di integrarsi in una rete domotica 5. Questi dispositivi non necessitano di alte velocità, hanno poche informazioni da scambiare, ma hanno bisogno di consumare poca energia e consentire ai terminali di funzionare per lungo tempo con le batterie incorporate. Il termine ZigBee deriva da Zigging bee ovvero la danza delle api domestiche, metodo attraverso il quale vengono comunicati i dati essenziali per la sopravvivenza della colonia. In linea con l analogia della colonia d api, la quale è formata da una regina e dalle operaie, anche ZigBee presenta un organizzazione gerarchica, infatti lo standard definisce tre livelli di funzioni logiche degli apparati: - ZigBee Coordinator - ZC(Controller) Rappresenta la parte più complessa. Opera come nodo radice di una rete ad albero di coordinamento, ha il compito di inizializzare la rete, gestire i vari nodi, raccogliere i dati ed è in grado di operare come bridge verso altre reti. Per ogni rete viene designato un Coordinator che contiene le informazioni relative alla rete e alla chiave di sicurezza. - ZigBee Router - ZR Rappresenta il dispositivo client: genera informazioni e le invia al nodo centrale; può anche agire come intermediario per il rilascio verso il nodo centrale di informazioni da altri dispositivi. - ZigBee End Device - ZED E un dispositivo client che genera informazioni e le invia al Coordinator o al Router, ma non opera come intermediario per altri dispositivi. 5 La domotica è la scienza interdisciplinare che si occupa dello studio delle tecnologie atte a migliorare la qualità della vita nella casa e più in generale negli ambienti antropizzati, ovvero in quegli ambienti modificati dall uomo per renderli più consoni ai propri fini.questa area richiede l apporto di molte discipline e professionalità, quali ingegneria edile, automazione, elettronica, telecomunicazioni ed informatica 38

45 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 39 Per le sue caratteristiche è l elemento più semplice ed economico, solitamente destinato ad oggetti quali interruttori, elettrodomestici, lampade, ecc. E possibile realizzare reti Mesh, in cui sotto-reti a Stella 6 ( in queste reti c è un sensore ZR/FFD che coordina diversi sensori ZR/RFD) si interfacciano tramite collegamenti diretti come in fig. 3.9 Con le reti Mesh gli apparati Figura 3.9: Tipologia di rete Mesh ZigBee possono diventare nodi di smistamento delle informazioni, il che consente l estensione della portata della rete, l aumento dell affidabilità e sopratutto la resistenza a interferenze e guasti di apparati, potendo infatti modificare i 6 L architettura a Stella per la rete XBee è composta da un nodo coordinatore e da uno o più nodi finali. In tale configurazione tutti i dispositivi finali comunicano soltanto con il dispositivo coordinatore. Se per qualunque motivo un end device deve comunicare con un altro end device, questo sarà possibile solo per mezzo del coordinator, il quale si occuperà di inoltrare le informazioni al dispositivo destinatario. 39

46 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI percorsi della comunicazione a seconda delle condizioni al contorno. Lo standard ZigBee opera principalmente nella banda ISM 7 2,5 GHz, la stessa utilizzata da WiFi, Bluetooth e qualche TAG RFID passivo. Questo permette di installare gli apparati liberamente, senza richiedere autorizzazioni. Nella scelta della connessione da implementare per il sistema di monitoraggio sono state fatte alcune prove e sono state ricavate alcune valutazioni. Per valutare la connessione point to point, come in fig.3.10, sono stati assegnati indirizzi univoci wireless ai due moduli XBee. Successivamente sono stati scambiati messaggi da un computer ad un altro ed è stato riscontrato il buon esito della prova. Per valutare la connessione point-multipoint sono stati scambiati messaggi da un computer ad altri due computer. Anche in questo caso è stato assegnato lo stesso indirizzo wireless ai due dispositivi riceventi, riscontrando l assenza di collisioni o perdite di informazioni. Il tutto è stato fatto utilizzando il software free X-CTU. Figura 3.10: Rete XBee point to point 7 Industrial, Scientific and Medical, è il nome assegnato dall Unione Internazionale delle Telecomunicazioni ad un insieme di porzioni dello spettro elettromagnetico riservate alle applicazioni radio non commerciali, per uso industriale, scientifico e medico. 40

47 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 41 Descrizione dell integrato UTI presente nel circuito realizzato per la gestione della sonda Pt1000 Per quanto riguarda il circuito realizzato per la ricezione dei dati dalla sonda di temperatura, è stato necessario inserire un integrato UTI (Universal Transducer Interface)[13] per poter visualizzare correttamente i parametri forniti dalla sonda. Figura 3.11: Universal Tranducer Interface Questo dispositivo è un completo front end analogico per applicazioni a bassa frequenza di misure, che si basa su un oscillatore a periodo modulato. I sensori possono essere direttamente connessi a UTI, senza alcun supplemento di alimentazione. La UTI fornisce funzioni di interfacciamento per: Sensori capacitivi; Resistenze al platino come la Pt100 e la Pt1000; Termoresistori; Ponti resistivi; Potenziometri. Questa interfaccia è ideale da usare in piccoli sistemi basati su microcontrollori, infatti tutti i dati forniti sono presenti su una singola uscita compatibile al microcontrollore, riducendo così il numero di fili da collegare. Esistono due tipi di UTI: quello a 16 pin e quello a 18 pin. Nel caso in esame è stato 41

48 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI utilizzato quello a 16 pin. Figura 3.12: Nomenclatura 16 pin UTI Nome Funzione del pin V DD, V DS Alimentazione A, B, C, D, E, F Connessione con i sensori SEL1,...,SEL4 Selezione del Modo OUT Uscita SF Selezione modo Slow/Fast CML Selezione del modo CMUX02/CMUX12 PD Power Down(tri-state) Per configurare il dispositivo alla sonda di temperatura sono stati settati i pin di selezione nel seguente modo: SEL1= 0, SEL2= 1, SEL3= 0, SEL4= 1, SF= 0 (ciò vuol dire che UTI lavora in slow mode con una durata di un ciclo completo del segnale di uscita di circa 100 ms); CML= 0 (connesso alla massa sempre, tranne nel caso in cui si voglia la modalità CMUX. In questo caso il pin CML è usato per la selezione del range di misura); PD= 0 (condizione per cui è possibile collegare più uscite dell UTI con un singolo filo di uscita da connettere al microcontrollore). 42

49 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI Gli strumenti utilizzati In questa sezione verranno descritti tutti gli strumenti utilizzati per la realizzazione del sistema di monitoraggio X-CTU: il software di configurazione per i moduli XBee X-CTU è un software fornito da Maxstream per la configurazione dei moduli wireless XBee. L interfaccia grafica si compone essenzialmente di quattro schermate: PC Settings, Range Test, Terminal e Modem Configuration. La schermata PC Settings consente di rendersi conto di quale sia la porta COM associata al modulo, di effettuare un test di comunicazione per verificarne il corretto funzionamento avendo cura di impostare correttamente il baud rate del modulo e il formato del pacchetto seriale di dati: di default il baud rate è di 9600, i bit di dati sono 8, senza bit di parità e con un singolo bit di stop. La schermata di Range Test è utile per un primo test sul corretto funzionamento dei moduli e, più in generale, per valutare la massima distanza possibile di comunicazione. Il test consiste nell inviare ripetutamente dati e permette di valutare tempi e correttezza nella risposta del modulo ricevente. La schermata di Terminal è utile per la comunicazione di dati tra moduli, in quanto consente di tenere sotto controllo l invio di dati tramite il comando Assemble Packet o semplicemente andando a scrivere nella finestra. E importante conoscere il valore del parametro RO proprio del modulo, il quale indica il numero di caratteri necessari da inviare in ingresso al modulo prima che inizi la trasmissione. 43

50 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI Figura 3.13: Schermata PC Settings Figura 3.14: Schermata Range Test Infine, la schermata Modem Configuration fornisce una via alternativa alla Command Mode per la modifica dei parametri propri del modulo. Sarà sufficiente cliccare sul tasto Read per valutare i parametri attualmente settati, evidenziando in verde quei parametri che sono uguali ai valori di default del modulo. Dopo le eventuali modifiche, per renderle permanenti è necessario cliccare su Write. Infine, la funzione Restore è utile nel caso in cui si vogliano riportare i valori di tutti i parametri a quelli di default. Figura 3.15: Schermata Terminal Figura 3.16: Schermata Modem Configuration 44

51 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI Il Database Server MySQL L importanza dei database nello sviluppo di siti Web cresce a ritmo vertiginoso e uno dei prodotti più conosciuti è MySQL [14]. MySQL ha raggiunto una vasta diffusione tra ISP e sviluppatori Web grazie alle sue caratteristiche di velocità, affidabilità e flessibilità del sistema di controllo degli accessi. MySQL è un Relational Database management System(RDBMS), composto da un client con interfaccia a caratteri e un server. MySQL è un database SQL server molto veloce, multi-processo, multiutente e robusto. 1. DATABASE: è un archivio per gestire dati usando una struttura semplice e regolare e organizzandoli in tabelle. Ogni tabella è organizzata in righe e colonne, e le righe possono contenere la maggior parte delle informazioni. 2. SQL (Structured Query Language): è un linguaggio standard che consente di immagazzinare, aggiornare e accedere alle informazioni contenute all interno di un database, senza restrizioni sul tipo di dato, sia esso un testo, piuttosto che un immagine. 3. Multi processo: MySQL è stato progettato in modo da permettere di rispondere contemporaneamente a diverse richieste. 4. Multi utente: MySQL da la possibilità di essere utilizzato da diversi utenti contemporaneamente, senza creare problemi di gestione delle code. 5. Robusto e veloce: MySQL è stato sviluppato per poter gestire database con un elevato numero di tabelle utilizzando risorse hardware limitate. 45

52 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI MySQL Workbench: La piattaforma grafica di MySQL MySQL Workbench[15] è uno strumento grafico per architetti, sviluppatori e DBA 8 che offre funzionalità di data modeling e sviluppo SQL, oltre ad una vasta serie di strumenti di amministrazione per la configurazione dei server e l amministrazione degli utenti. MySQL Workbench consente a DBA, sviluppatori o data architect di progettare, modellare, generare e gestire visivamente database (vedi figura 3.18). Include tutto ciò di cui un data modeler ha bisogno per creare modelli ER complessi, eseguire il forward/reverse engineering e offre inoltre funzionalità fondamentali per eseguire complesse attività di Change Management e Change Documentation che richiedono generalmente molto tempo e lavoro. Figura 3.17: Schermata iniziale di MySQL Workbench MySQL Workbench offre strumenti grafici per la creazione, esecuzione e ottimizzazione delle query SQL. L SQL Editor (vedi figura 3.19) consente di evidenziare a colori la sintassi, riutilizzare snippet SQL ed eseguire uno sto- 8 DataBase Administrator 46

53 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 47 rico SQL. Il riquadro Database Connections consente agli sviluppatori di gestire facilmente le connessioni del database. L Object Browser permette di accedere istantaneamente agli schemi e agli oggetti del database. Figura 3.18: Visual Database design Figura 3.19: SQL Editor 47

54 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI MySQL Workbench offre una potente console grafica che consente di gestire con facilità gli ambienti MySQL, ottenendo una migliore visibilità dei database. Sviluppatori e DBA possono utilizzare gli strumenti grafici per configurare server, gestire utenti, eseguire dump dei dati e monitorare lo stato del database. Figura 3.20: Schermata Administrator Progettazione visuale degli schemi del database MySQL Workbench semplifica la progettazione e la manutenzione del database, automatizza le attività laboriose e complesse e migliora la comunicazione tra DBA e team di sviluppo. Consente ai data architect di visualizzare le esigenze degli utenti, comunicare con le parti interessate e risolvere le problematiche a livello di progettazione prima che sia effettuato un importante investimento in termini di tempo e risorse. Permette inoltre di progettare database basati su modelli, creando quindi in modo efficiente database solidi e ben funzionanti e offrendo allo stesso tempo la flessibilità necessaria per 48

55 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 49 far fronte alle esigenze aziendali in continua evoluzione. Le utility Model e Schema Validation applicano gli standard delle best practice per il data modeling, così come gli standard MySQL specifici per la progettazione fisica; ciò garantisce che non si commettano errori durante la creazione di nuovi diagrammi ER o la generazione di database fisici MySQL. Forward and Reverse Engineering MySQL Workbench offre funzionalità per il Forward Engineering dei database fisici. Un modello di dati visuale può essere facilmente trasformato in un database fisico su di un server MySQL. Tutto il codice SQL è generato automaticamente ed è eseguito correttamente sin dall inizio, il che elimina il normale processo di scrittura manuale di codice SQL complesso, tipicamente soggetto ad errori. MySQL Workbench consente inoltre di eseguire il Reverse Engineering di un database esistente o di un applicazione pacchettizzata, per comprenderne meglio la progettazione interna. MySQL Workbench può anche importare script SQL per creare modelli ed esportare modelli verso script DDL eseguibili in un momento successivo. Gestione delle modifiche La gestione delle modifiche di un database è un processo difficile e complesso, che implica il mantenimento di diverse versioni degli schemi di database e la modifica manuale dei database esistenti. Per aiutare i DBA e gli sviluppatori a gestire le modifiche, MySQL Workbench offre le utility Schema Synchronization e Comparison. Un DBA può mettere a confronto due database, oppure un modello e un database, e vederne le differenze, così come eseguire la sincronizzazione tra un modello e un database e viceversa. 49

56 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI Il linguaggio di programmazione Java Java è un linguaggio di programmazione che permette di scrivere vere e proprie applicazioni (che girano su un computer), applets (piccoli programmi che girano su una pagina web) e servlets (applets che coinvolgono dei server). Java è un linguaggio di programmazione orientato agli oggetti che eredità alcune sue caratteristiche da C e C++[16]. Java è un pò inusuale in quanto ogni programma scritto in questo linguaggio è sia compilato che interpretato. Utilizzando un compilatore il programma in Java viene tradotto in un linguaggio intermedio (detto Java Bytecodes) il quale poi viene interpretato dall interprete Java. La fase di compilazione avviene una sola volta, mentre l interpretazione avviene ad ogni avvio del programma. Il linguaggio di programmazione JAVA è un linguaggio di alto livello con innumerevoli qualità: - semplice: può essere programmato senza la necessità di lunghi corsi di addestramento; i concetti fondamentali della tecnologia JAVA vengono appresi rapidamente cosi che i programmatori possono essere produttivi sin dall inizio. - object oriented: il linguaggio è progettato per essere orientato agli oggetti da cima a fondo, non è possibile in JAVA adottare stili di programmazione che non siano quelli Object Oriented. Lo stile fornito risulta essere pulito ed efficiente. - familiare: la sintassi JAVA è molto simile a quella del C++ e questo lo rende un linguaggio familiare, questo significa che i programmatori C++ possono migrare facilmente al linguaggio JAVA ed essere produttivi rapidamente. - robusto e sicuro: il linguaggio è progettato per creare software altamente affidabili: fornisce un esaustivo controllo nella fase di compila- 50

57 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 51 zione seguito da un secondo livello di controlli nella fase d esecuzione. Il modello della gestione della memoria è estremamente semplice ed è progettato per operare in ambienti distribuiti in quanto la sicurezza viene messa in risalto come caratteristica di rilievo. - indipendente dalla piattaforma e portabile: il linguaggio è progettato per supportare applicazioni che verranno distribuite sulle più eterogenee piattaforme senza la necessità di dover riscrivere il programma per i vari ambienti. Il file del programma (scritto nel linguaggio Java) è un file.java, il compilatore (il javac del JDK) compila il file e fornisce un file.class che è il file in bytecodes. Il file bytecodes si può pensare come se fosse un linguaggio macchina per la Java Virtual Machine; dopodiché il file.class viene interpretato quando il programma viene eseguito. Tutta questa complicazione è dovuta al fatto che l interprete si trova nei browsers più comuni (per esempio NetScape, Internet Explorer, Google Chrome, ecc), quindi chiunque è in possesso di questi browsers può tranquillamente far girare il programma, indipendentemente dal tipo di computer, e quindi di sistema operativo, che possiede; ciò vuol dire che Java è Indipendente dalla piattaforma, infatti i programmi scritti in Java sono eseguibili sotto Windows, Macintosh, ecc. 51

58 CAPITOLO LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI NetBeans: un ambiente di sviluppo multi-linguaggio NetBeans è un ambiente di sviluppo multi-linguaggio scritto interamente in Java nato nel giugno Rappresenta l ambiente scelto dalla Oracle come IDE 9 ufficiale, da contrapporre al più diffuso Eclipse[17]. La storia di NetBeans incomincia nel 1997 come Xelfi, un progetto studentesco sotto la guida della Facoltà di Matematica e Fisica alla Charles University di Praga. Una società fu successivamente creata attorno al progetto, rilasciando una versione commerciale dell IDE, finché non fu acquisita nel 1999 da Sun Microsystems. Sun decise di rilasciare i codici sorgente di NetBeans nel mese di giugno dell anno successivo. La comunità di sviluppatori che gira attorno a NetBeans ha potuto così continuare lo sviluppo dell IDE, grazie anche agli apporti avuti da compagnie e da sviluppatori esterni al progetto. NetBeans è un IDE che può essere utilizzato per sviluppare, compilare ed eseguire il debug ed il deploy di programmi con diversi linguaggi di program- 9 In informatica l acronimo IDE sta per Integrated Development Environment, e si utilizza per riferirsi a quell ambiente di programmazione che è stato studiato e realizzato come fosse un applicazione. Tipicamente un IDE ha un editor di testo, dove viene scritto il codice di programmazione, un compilatore, un debugger e un utilità per la creazione di GUI(Graphic User Interface, ovvero interfaccia grafica per l utente). 52

59 CAPITOLO 3. LA SCELTA DEI COMPONENTI E GLI STRUMENTI UTILIZZATI 53 mazione e architetture: si va dal Java al C/C++, al Ruby, al PHP e a molti altri linguaggi di programmazione. NetBeans può essere utilizzato per sviluppare applicazioni sia desktop che web e mobile. NetBeans mette a disposizione dello sviluppatore molte funzionalità e, in base alle proprie esigenze, è possibile estendere queste funzionalità tramite l installazione di plugin aggiuntivi. NetBeans IDE è un prodotto gratuito senza alcuna restrizione riguardante il suo uso commerciale e non. Il codice sorgente è disponibile sotto la Common Development and Distribution License (CDDL). Figura 3.21: Schermata iniziale di NetBeans 53