Prof. Ing. Maurizio Carlini Ing. Stefano Ferrelli

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1 CIRDER Centro Interdipartimentale di Ricerca e Diffusione delle Energie Rinnovabili Viterbo, 28 ottobre 2014 Prof. Ing. Maurizio Carlini Ing. Stefano Ferrelli

2 Argomenti del seminario Introduzione alla giornata: cicli seminariali; Interventi per l efficientamento energetico: 1.Gli Impianti Fotovoltaici; 2. Sistemi di illuminazione a led. 2

3 Introduzione alla giornata: progetto Tuscia Sostenibile ; Interventi per l efficientamento energetico Impianti Fotovoltaici Interventi per l efficientamento energetico Sistemi di illuminazione a LED Prof. Ing. Maurizio Carlini 3

4 Progetto Tuscia Sostenibile Favorire lo sviluppo di interventi di riduzione dei consumi delle imprese; Migliorare l efficienza energetica nei processi produttivi con il conseguente contenimento dei costi dell energia 1. Interventi di formazione/informazione e di supporto alla realizzazione di Audit energetici realizzati a cura di un tecnico abilitato incaricato dalle Aziende beneficiarie. 2. Contributo da parte del CeFAS: un voucher il cui importo sarà pari al 50% delle spese sostenute fino ad un massimo di Euro 1.200,00 a impresa. 4

5 Destinatari Numero 10 tra micro, piccole e medie imprese della Provincia di Viterbo in possesso dei requisiti riportati sul bando; Contributi Spese al netto di IVA sostenute per: 1. AUDIT per la valutazione del consumo di energia ed al risparmio energetico; 2. AUDIT diretti all installazione di impianti alimentati a FER. 5

6 Ciclo seminariale Iniziativa all'interno del quadro delle attività divulgative nate dalla collaborazione tra il CeFAS ed il CIRDER e con il supporto della Camera di Commercio di Viterbo. CeFAS: Agenzia Speciale di Formazione e Sviluppo della Camera di Commercio CIRDER 6

7 Ruolo e attività del CIRDER Centro Interdipartimentale per la Ricerca e la Diffusione delle Energie Rinnovabili dell Università degli Studi della Tuscia con sede ad Orte (VT). Laboratorio di Certificazione delle biomasse Autobus ibrido Progetto Life FINALITÀ: promuovere e realizzare filiere per la produzione di energia da FER; realizzare piani di sviluppo sostenibili ambientalmente; fornire supporto scientifico e assistenza tecnica alla PA, enti e soggetti privati; operare nella formazione professionale; promuovere diffusione e ricerca nel campo delle FER; allestire e fornire strutture informative affinché il CIRDER sia un elemento di raccordo tra Università, Scuola, imprese ed Enti esteri, nazionali e locali. 7

8 Argomenti dei seminari I seminario: ANALISI ENERGETICA ED INTERVENTI DI EFFICIENTAMENTO LA CERTIFICAZIONE ENERGETICA in data 8/10/2014; II seminario: INTERVENTI DI EFFICIENTAMENTO ENERGETICO GLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI E I SISTEMI DI ILLUMINAZIONE A LED in data 28/10/2014; III seminario: INTERVENTI PER L EFFICIENTAMENTO ENERGETICO GLI IMPIANTI TERMICI INDUSTRIALI in data 11/11/

9 Perché un seminario sull efficienza energetica? E importante per dare a tutti, gli strumenti necessari ad ottimizzare le prestazioni energetiche dell edificio/azienda. Ciò si consegue attraverso procedure semplici che consentono di ridurre l impatto energetico delle attività e di ottenere sensibili vantaggi economici MIGLIORAMENTO DELL EFFICIENZA ENERGETICA ATTRAVERSO LA DIAGNOSI 9

10 Introduzione alla giornata: progetto Tuscia Sostenibile ; Interventi per l efficientamento energetico Impianti Fotovoltaici INTERVENTI PER L EFFICIENTAMENTO ENERGETICO IMPIANTI FOTOVOLTAICI Interventi per l efficientamento energetico Sistemi di illuminazione a LED Ing. Stefano Ferrelli 10

11 IL CONTO ENERGIA Il conto energia è uno strumento agevolativo che prevede che al soggetto responsabile dell impianto venga erogato un incentivo per la durata di 20 anni a decorrere dalla data di entrata in esercizio dell impianto. 11

12 CONTO ENERGIA Arriva in Italia attraverso la direttiva comunitaria per le fonti rinnovabili (Direttiva 2001/77/CE) Recepita in Italia con il D.Lgs 387/

13 CONTO ENERGIA D.Lgs 387/2003: Promuove un maggiore contributo all utilizzo delle energie rinnovabili; Da disposizioni inerenti alla valorizzazione energetica (Solare, biomasse, biogas, ecc); Da disposizioni inerenti al Fotovoltaico; Da disposizioni inerenti alle centrali ibride; Promuove ricerca e sviluppo sulle rinnovabili; Razionalizzazione e procedure autorizzative. 13

14 IL CONTO ENERGIA Mai come oggi in Italia è stato conveniente investire nel risparmio energetico. Mai come oggi sono state finanziate le energie rinnovabili. L'Italia è il primo paese al mondo con obbligo di Solare fotovoltaico nelle nuove costruzioni. L'Italia è il 3 paese al mondo ad aver introdotto l' obbligo di solare termico nelle nuove costruzioni e ristrutturazioni. 14

15 1 CONTO ENERGIA (DM 19/09/2005) Dal 19/09/2005 è possibile accedere ai contributi GSE grazie al 1 CONTO ENERGIA; La copertura finanziaria è garantita da un prelievo tariffario obbligatorio (cod. A3) a sostegno delle fonti rinnovabili, presente dal 1991 in tutte le bollette energetiche elettriche 15

16 1 CONTO ENERGIA (DM 19/09/2005) Prima del DM 19/09/2005 Dopo del DM 19/09/2005 Finanziamento per fonti rinnovabili tramite fondo perduto Finanziamento in Conto Esercizio; incentivazione sulla produzione 16

17 1 CONTO ENERGIA (DM 19/09/2005) Il DM 19/09/2005 distingue: Impianti intestati a persone Fisiche < 20 kw Solo SSP Incentivazione solo l energia autoconsumata (quindi impianti dimenzionati in base alle reali esiggenze) Impianti intestati a persone Giuridiche Incentivazione tutta energia prodotta anche se non autoconsumata Potanza da 1 kw a 1 MW 3 Fasce incentivi (1-20; 2050; > 50 kw) 17

18 2 CONTO ENERGIA (DM 19/02/2007) Nuovi criteri per l incentivazione: Semplificazione burocratica nella richiesta incentivi Nel 1 conto si richiedeva prima al GSE l accesso alle tariffe incentivanti, poi si realizzava l impianto, mentre nel 2 conto si richiede l accesso al gestore di rete elettrica, si realizza l impianto e si richiede l incentivo Incentivi maggiori per impianti più piccoli ed architettonicamente meno impattanti Si distinguono 3 tipologie costruttive: Impianti Integrati Impianti parzialmente Integrati Impianti non Integrati 18

19 2 CONTO ENERGIA (DM 19/02/2007) Tariffa incentivante su tutta l energia prodotta Anche impianti intestati a persone fisiche (< 20 kw e SSP) 1<P<3 3 Fasce di potenza 3 < P < 20 P > 20 19

20 2 CONTO ENERGIA (DM 19/02/2007) Incremento tariffa incentivante (5%): Soggetto responsabile Scuole, edifici pubblici; Sostituzione copertura Eternit; Comuni con meno 5000 abitanti Ecc.. Con la Legge Finanziaria 2008, lo SSP viene esteso ad impianti fino a 200 kwp NB Dal 01/01/2009, l utente che fruisce dello SSP conferisce tutta l energia auto-prodotta nella rete e riconosce un contributo di conto scambio per rimborsarlo del costo di acquisto dell energia che non avrebbe dovuto sostenere. 20

21 3 CONTO ENERGIA (DM 06/08/2010) Per impianti entrati in produzione dal 01/01/2011 Cambiano le classificazioni di installazioni degli impianti FV SU EDIFICI ALTRI IMPIANTI Vengono aggiunte 3 categorie: 1) Imp. Integrati architettonicamente 2) Impianti a concentrazione 3) Impianti a innovazione tecnologica 21

22 3 CONTO ENERGIA (DM 06/08/2010) Per impianti entrati in produzione dal 01/01/2011 Aumentano le soglie incentivazione Incremento tariffa incentivante (10%) per sostituzione ETERNIT 22

23 4 CONTO ENERGIA (DM 05/05/2011) Per impianti entrati in produzione dal 01/06/2011 al 2016 Vi è una riduzione della tariffa incentivante: Nel 2011 riduzione mensile Nel 2012 riduzione semestrale 23

24 4 CONTO ENERGIA (DM 05/05/2011) Per impianti entrati in produzione dal 01/06/2011 al

25 4 CONTO ENERGIA (DM 05/05/2011) Per impianti entrati in produzione dal 01/06/2011 al 2016 Gli impianti sono classificati: PICCOLI IMPIANTI GRANDI IMPIANTI PICCOLI IMPIANTI: Su edifici Altri impianti anche a terra < 200 kw Qualsiasi potenza su aree ed edifici pubblici GRANDI IMPIANTI: Tutti gli altri I Grandi Impianti per accedere ala tariffa incentivante, devono prima essere iscritti al registro dei Grandi Impianti, poi accedere per graduatoria all incentivo. 25

26 Linee Guida DM 10/09/

27 PROCEDIMENTI AUTORIZZATIVI AMMINISTRATIVI Le Linee guida per l autorizzazione degli impianti alimentati da fonti rinnovabili (D.M. 10 settembre 2010) ALLEGATO Parte I- Disposizioni generali (punti sintetizzati da 1 a 9) 1.2. Le sole Regioni e le Province autonome possono porre limitazioni e divieti in atti di tipo programmatori o pianificatori per l'installazione di specifiche tipologie di impianti alimentati a fonti rinnovabili ed esclusivamente nell'ambito e con le modalità di cui al paragrafo Ai fini dell'applicazione dell'articolo 12, commi 1 e 3, del decreto legislativo 387 del 2003, tra le opere connesse sono compresi anche i servizi ausiliari di impianto e le opere necessarie alla connessione alla rete elettrica, specificamente indicate nel preventivo per la connessione, ovvero nella soluzione tecnica minima generale, redatti dal gestore della rete elettrica nazionale o di distribuzione ed esplicitamente accettati dal proponente Le Regioni o le Province delegate (L.R. 26/04 art. 3) rendono pubbliche anche tramite il proprio sito web, le informazioni circa il regime autorizzatorio di riferimento a seconda della tipologia, della potenza dell'impianto e della localizzazione, l'autorità competente al rilascio del titolo, la eventuale documentazione da allegare all'istanza medesima aggiuntiva a quella indicata al paragrafo 13 e comunque relativa alle competenze degli Enti tenuti ad esprimersi nell'ambito del procedimento unico, il numero di copie necessario, le modalità e i termini di conclusione dei relativi procedimenti, fornendo l'apposita modulistica per i contenuti dell'istanza di autorizzazione unica Fermi restando gli adempimenti fiscali previsti dalle vigenti norme, ai sensi dell'articolo 17, comma 3, lettera e) del Dpr 380/2001, il contributo di costruzione non è dovuto per i nuovi impianti, lavori, opere, modifiche, installazioni, relativi alle fonti rinnovabili di energia. 27

28 PROCEDIMENTI AUTORIZZATIVI AMMINISTRATIVI Le Linee guida per l autorizzazione degli impianti alimentati da fonti rinnovabili (D.M. 10 settembre 2010) ALLEGATO Parte II Regime giuridico delle autorizzazioni punto 10, 11, 12 solo per fotovoltaici: - Punto 10: Impianti assoggettati ad AUTORIZZAZIONE UNICA; - Punto 11: Impianti assoggettati ad DIA o Edilizia Libera; - Punto 12: Dettagli per tipologia d impianto Parte III Procedimento unico : - Punto 13: Contenuti minimi istanza AUTORIZZAZIONE UNICA; - Punto 14: Avvio e svolgimento del procedimento unico; - Punto 15: Contenuti essenziale dell autorizzazione 28

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30 Ambito di applicazione (art. 2) 30

31 Richiesta di connessione (art. 6) 31

32 Richiesta di connessione (art. 6) 32

33 Richiesta di connessione (art. 6) 33

34 Richiesta di connessione (art. 6) 34

35 Richiesta di connessione (art. 6) 35

36 Preventivo e procedure per la connessione (art.7) 36

37 Preventivo e procedure per la connessione (art.7) 37

38 Preventivo e procedure per la connessione (art.7) 38

39 Preventivo e procedure per la connessione (art.7) 39

40 Domanda di connessione ENEL 40

41 Fine lavori ENEL 41

42 Riassunto 42

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44 Iter pratico Fase 1 - Adempimenti preliminari 1) Necessaria DICHIARAZIONE di INIZIO ATTIVITA O AUTORIZZAZIOE UNICA con istanza in subdelega al Comune in ipotesi di impianto NON integrato ovvero in zona soggetta a vincoli paesaggistici ambientali ovvero 2) Sufficiente una comunicazione preventiva al Comune per gli impianti su edifici installati in zona non soggetta a vincoli paesaggistici ambientali (interventi di manutenzione ordinaria) 3) Richiesta di preventivo al gestore di rete o al distributore per la CONNESSIONE dell impianto fotovoltaico 44

45 Iter pratico Fase 2 Realizzazione impianto 1) Comunicazione di fine lavori al gestore o al distributore e installazione del contatore di PRODUZIONE e del contatore di SCAMBIO 2) Denuncia all Ufficio delle Dogane per APERTURA di OFFICINA ELETTRICA: licenza richiesta per impianti di produzione >= 20 Kw di potenza totale; il produttore deve tenere un REGISTRO giornaliero dell energia prodotta e dell energia immessa in rete; obbligo di dichiarazione annuale dei consumi e pagamento mensile in acconto dell addizionale provinciale (cod tributo 2807) 3) Connessione impianto con piombatura dei contatori sul posto 45

46 Iter pratico Fase 3 Entrata in esercizio impianto 1) Collaudo impianto, registrazione su portale GSE, inserimento dati impianto e richiesta delle tariffe incentivanti a GSE: da spedirsi entro 15 giorni dall entrata in esercizio dell impianto 2) Comunicazione dal GSE della tariffa riconosciuta 3) CONVENZIONE per lo scambio sul posto: per impianti < 200 kw ovvero 4) CONVENZIONE per la vendita dell energia ritiro dedicato 46

47 IL FOTOVOLTAICO Dal sole tutta l energia che serve! 47

48 Perché puntare all utilizzo dell energia solare il sole è una fonte di energia inesauribile. il sole è l unica fonte di energia esterna rispetto alle risorse disponibili sul nostro pianeta, fatta eccezione per l energia delle maree che però è incomparabilmente di minore entità ed attualmente ancora di difficile sfruttamento; l energia solare è distribuita in maniera molto più uniforme sul pianeta rispetto a tutte le altre attuali fonti energetiche; l energia solare che investe la Terra è circa volte superiore al fabbisogno energetico mondiale. L energia solare che investe in un anno una superficie di poco meno di 2 metri quadrati di suolo (Italia Centrale) equivale ai consumi elettrici annuali di una famiglia media (circa kwh) Cos è un impianto fotovoltaico E un impianto per la produzione di energia elettrica. La tecnologia fotovoltaica permette di trasformare direttamente l energia solare incidente sulla superficie terrestre in energia elettrica, sfruttando le proprietà del silicio, un elemento semiconduttore molto usato in tutti i dispositivi elettronici. I principali vantaggi degli impianti fotovoltaici sono: assenza di qualsiasi tipo di emissione inquinante; risparmio di combustibili fossili; estrema affidabilità (vita utile superiore a 30 anni) costi di manutenzione ridotti; modularità del sistema (per aumentare la taglia basta aumentare il numero dei moduli). 48

49 LA RADIAZIONE SOLARE La radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre si distingue in: (1) diretta (2) diffusa (3) riflessa Le proporzioni di radiazione (1), (2) e (3) ricevuta da una superficie dipendono da: (a) condizioni meteorologiche (b) inclinazione della superficie (c) presenza di superfici riflettenti 49

50 LA RADIAZIONE SOLARE L intensità della radiazione solare incidente su una superficie al suolo è influenzata dall angolo di inclinazione della radiazione stessa: più piccolo è l angolo che i raggi del sole formano con una superficie orizzontale maggiore è lo spessore di atmosfera che essi devono attraversare 50

51 Angoli di inclinaz. e di orientaz. di una superficie Sud 51

52 PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO La Conversione Fotovoltaica La conversione diretta dell energia solare in energia elettrica, utilizza il fenomeno fisico dell interazione della radiazione luminosa con gli elettroni di valenza nei materiali semiconduttori, denominato Effetto Fotovoltaico 52

53 efficienza superficie orientativa occupata da 1 kw di FV 12-14% 8 mq

54 efficienza superficie orintativa occupata da 1 kw di FV 10-12% 10 mq

55 efficienza 6-8% superficie orintativa occupata da 1 kw di FV 16 mq

56 CAMPO FOTOVOLTAICO Il campo fotovoltaico è un insieme di moduli fotovoltaici opportunamente collegati in serie e in parallelo per realizzare le condizioni operative desiderate MODULO CELLA MODULO PANNELLO 56

57 CAMPO FOTOVOLTAICO PANNELLO STRINGA 57

58 CAMPO FOTOVOLTAICO CAMPO STRINGA 58

59 Le principali applicazioni dei sistemi fotovoltaici sono: impianti per utenze collegate alla rete in bassa tensione centrali fotovoltaiche,generalmente collegate alla rete in media tensione; impianti per utenze isolate dalla rete che prevedono l utilizzo di batterie; piccole reti isolate per l alimentazione di villaggi di limitata estensione non raggiunti dalla rete elettrica. Le due tipologie di impianti fotovoltaici collegati alla rete possono essere distinte in base alla loro potenza; fino a 20 kwp (kilowatt di picco) si parla di piccoli impianti, oltre si parla di centrali fotovoltaiche. 59

60 COMPONENTI FONDAMENTALI Moduli fotovoltaici: sono i pannelli che ospitano le celle fotovoltaiche di silicio, che può essere monocristallino, policristallino o amorfo. Ogni modulo converte l energia solare incidente in energia elettrica in corrente continua. Inverter: è un dispositivo elettronico che consente di adeguare l energia elettrica prodotta dai moduli alle esigenze delle apparecchiature elettriche e della rete, operando la conversione da corrente continua a corrente alternata con una frequenza di 50 Hertz. Normalmente gli inverter incorporano dei dispositivi di protezione e interfaccia che determinano lo spegni mento dell impianto in caso di black-out o di disturbi di rete. 60

61 Dove può essere installato I moduli fotovoltaici possono essere collocati sul tetto (sia piano che a falda). La decisione in merito alla fattibilità tecnica si basa sull esistenza nel sito d installazione dei seguenti requisiti, che dovranno essere verificati in sede di sopralluogo: disponibilità dello spazio necessario per installare i moduli; corretta esposizione ed inclinazione della suddetta superficie. I moduli fotovoltaici in silicio amorfo a film sottile creano le condizioni ottimali per produrre energia elettrica sia su coperture piane, inclinate che su coperture a geometria variabile (nuove ed esistenti. assenza di ostacoli in grado di creare ombreggiamento. 61

62 Quanta elettricità produce La produzione annua di un impianto fotovoltaico può essere stimata attraverso un calcolo che tiene conto: della radiazione solare annuale del luogo; delle prestazioni tecniche fotovoltaici, dell inverter e componenti dell impianto; dei moduli degli altri delle condizioni operative dei moduli (con l aumento della temperatura di funzionamento diminuisce l energia prodotta, per il silicio mono o poli cristallino, mentre aumenta notevolmente per il silicio amorfo a film sottile in tripla giunzione. La potenza di picco di un impianto fotovoltaico si esprime in kwp(chilowatt di picco). Un (1) kwp in Italia produce: Nord circa 1200 KWh/anno Centro circa 1400 KWh/anno Sud circa 1600 KWh/anno 62

63 Il ciclo di vita di un impianto Nelle analisi tecniche ed economiche si usa accreditare l impianto di una vita complessiva di anni. Se si considerano separatamente i componenti economicamente più rilevanti, si ha: i moduli fotovoltaici hanno una durata di vita intorno ai anni. Generalmente la garanzia, fornita dai produttori sul mantenimento di tali prestazioni, arriva a coprire anni. Gli inverter, apparecchi ad elevata tecnologia, hanno una durata nel tempo abbastanza lunga, ma generalmente inferiore a quella dei moduli; il loro costo è relativamente contenuto. Un impianto fotovoltaico è un sistema completamente modulare, e la sostituzione di un qualsiasi componente è generalmente facile e veloce, a condizione che questa sostituzione sia prevista nella fase di progetto. 63

64 Costi di un impianto fotovoltaico Il costo chiavi in mano per un installazione standard di un sistema da 1 kwp è pari a circa euro (IVA al 10% esclusa). La maggior parte del costo è dovuta all investimento in materiali, di cui i moduli rappresentano la percentuale più alta. Suddivisione dei costi per impianto chiavi in mano Moduli fotovoltaici Sviluppo progetto Montaggio Inverter Struttura 40% ca 10% ca 20% ca 15% ca 15% ca Una corretta preventivazione può essere fatta solamente a valle di un sopralluogo che valuti accuratamente le caratteristiche del sito d installazione. Questo perché il costo può variare, a seconda che l installazione avvenga su fabbricati nuovi o già esistenti, che la posa sia in sovrapposizione o integrazione della copertura, che si debbano sostenere spese per i permessi di costruzione, allacciamento alla rete, cavi che coprano grandi distanze (pannelli-inverter e inverter-quadro utente), utilizzo di attrezzature durante il montaggio (gru, impalcature). Il costo annuo di manutenzione e di assicurazione normalmente, nelle analisi economiche, si stima al massimo intorno all 1% del costo d impianto. In tale stima sono compresi anche gli eventuali costi di manutenzione straordinaria relativi alla sostituzione di alcuni componenti degli inverter, da prevedersi dopo il decimo anno. 64

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71 Efficienza dei moduli MATERIALE EFFICIENZA MODULO Silicio cristallino % Silicio amorfo 4 7% Efficienza di conversione del BOS L efficienza di conversione del BOS è il rapporto tra l energia elettrica disponibile in corrente alternata alle utenze e l energia elettrica in corrente continua ai morsetti di un modulo e varia tra il 75 e l 85% (include l'efficienza dell'inverter ed altri fattori di perdita, come ad esempio le perdite nei cavi elettrici di collegamento).

72 Benefici energetici e ambientali ottenibili da ciascun kw di picco istallato a Roma Potenza di picco installata 1 kwp Superficie 10 mq Inclinazione ottimale 30 gradi Orientamento ottimale 0 gradi sud Energia annua prodotta 1412 kwhel /anno Energia primaria risparmiata 3910 kwh/anno Tempo di vita medio 30 anni Emissioni annue evitate 800 Kg di CO2/anno Alberi equivalenti 104 alberi

73 Incentivazione: il conto energia Totale conto energia ( ) Impianti in esercizio: Potenza (kw): Terzo conto energia Secondo conto energia Primo conto energia Fotovoltaico Impianti in esercizio: Potenza (kw): Impianti in esercizio: Potenza (kw): Impianti in esercizio: Potenza (kw): Fotovoltaico integrato innovativo Impianti in esercizio: 63 Potenza (kw): 593 Fotovoltaico a concentrazione Impianti in esercizio: 0 Potenza (kw): 0 Totale terzo conto energia Impianti in esercizio: Potenza (kw):

74 Totale Nazione Numero Potenza [MW] Tutti gli impianti ,0 Meno di 20 kw ,3 Da 20 a 50 kw , ,5 ABRUZZO ,7 BASILICATA ,3 CALABRIA ,8 CAMPANIA ,9 EMILIA ROMAGNA ,0 FRIULI VENEZIA GIULIA ,8 LAZIO , , ,0 MARCHE ,8 MOLISE ,4 PIEMONTE ,2 PUGLIA ,0 SARDEGNA , , , , , , ,4 Oltre 50 kw Dettaglio Regioni LIGURIA LOMBARDIA SICILIA TOSCANA TRENTINO ALTO ADIGE UMBRIA VALLE D'AOSTA VENETO POTENZA ELETTRICA ISTALLATA IN ITALIA (fonte: GSE)

75 SERRE FOTOVOLTAICHE

76 Confronto tra le produzioni nei diversi ambienti Basilico biomassa (g/m2)

77 Confronto tra le produzioni nei diversi ambienti Pomodoro Produzione bacche (Kg/pianta) prova 1 e 2, 2009

78 Introduzione alla giornata: progetto Tuscia Sostenibile ; Interventi per l efficientamento energetico Impianti Fotovoltaici INTERVENTI PER L EFFICIENTAMENTO ENERGETICO SISTEMI DI ILLUMINAZIONE A Interventi per l efficientamento energetico Sistemi di illuminazione a LED LED Ing. Stefano Ferrelli 78

79 La tecnologia a LED (Light Emitting Diode) La tecnologia a LED (Light Emitting Diode) è ormai divenuta realtà e, soprattutto per la versatilità di impiego, è sempre più utilizzata nel settore illuminotecnico. La possibilità di ottenere diverse effetti e varie temperature di colore, grazie alla molteplice gamma di prodotti che riproducono (ormai la totalità della scala cromatica) fanno si che si possano realizzare elementi d illuminazione su qualsiasi supporto.

80 Caratteristiche I Led, realizzati utilizzando diversi strati di semiconduttore, emettono luce visibile quando sono attraversati da corrente elettrica. Il colore emesso, che viene determinato dalla tipologia del materiale, è praticamente monocromatico. PUNTI DI FORZA I Led ad elevata luminosità possono riprodurre tutti i colori, dal blu al rosso fino al bianco, con un efficienza che raggiunge i 30 lumen/watt a seconda del colore ed un angolo di emissione da 15 a 120. Elevato tempo di durata, fino a ore di funzionamento in condizioni ottimali di impiego (che equivalgono a circa 10 anni di vita). L elettronica applicata richiede circuiti a bassissima tensione, tipicamente dai 3 ai 24 volt in corrente continua, che garantiscono un funzionamento in piena sicurezza, senza alcun rischio di folgorazione per gli utilizzatori. L affidabilità massima, soprattutto in condizioni di stress meccanico, ne permette l utilizzo in tutti i campi conosciuti.

81 Vantaggi Assenza di costi di manutenzione Elevato rendimento e luminosità Colori vivaci e saturi Flessibilità di utilizzo Basso consumo di energia Durata di funzionamento Temperatura funzionamento da -40 a Tempi di accensione immediati, anche in condizioni climatiche ostili Alimentazione a bassissima tensione categoria 0 Miniaturizzazione

82 Risparmio energetico La tecnologia a Led si dimostra completamente orientata allo sviluppo sostenibile in quanto permette di ottenere risultati eccellenti nel campo dell illuminotecnica a fronte di un elevato risparmio energetico; a parità di luce emessa con una normale lampada ad incandescenza si ottiene una riduzione fino all 80% delle energia elettrica necessaria per il funzionamento; un esempio concreto di ciò viene evidenziato nel seguente confronto: GESTIONE LAMPADA DICROICA 35W TRADIZ. GESTIONE LAMPADA DICROICA A LED 5W ORE ACCENSIONE CONSUMO SPESA BOLLETTA* ORE ACCENSIONE CONSUMO SPESA BOLLETTA 1000 ore 35kW 5,25 euro 1000 ore 5kW 0,75 euro 2000 ore 70kW 10,50 euro 2000 ore 10kW 1,50 euro 3000 ore 105kW 15,75 euro 3000 ore 15kW 2,25 euro 4000 ore 140kW 21,00 euro 4000 ore 20kW 3,00 euro * si considera il costo al kwh uguale a 0,15 euro Lampadina dicroica con tecnologia a LED e attacco MR16, basso cosumo di energia elettrica, contenitore in alluminio e plastica, diametro 50mm. Luce bianco caldo (3500K). Alimentazione in corrente continua e corrente alternata da 11V a 17V. Consumo circa 5W. Durata > ore. Compatibile meccanicamente con le normali lampadine dicroiche. Luminosità equivalente ad una lampada dicroica da 25W-30W.

83 Ambiente L alta affidabilità determinata, in particolare, dall assenza di parti in movimento, garantisce tempi di durata molto lunghi (circa ore in condizioni standard di funzionamento) con il conseguente azzeramento sia dei costi di manutenzione, dovuti alla sostituzione, che di produzione di rifiuti. L assenza di mercurio, presente nella maggior parte delle lampade ad incandescenza, rende i Led compatibili al 100% con le attuali politiche ambientali.

84 Campi di applicazione Settore automobilistico Illuminazione per Interni ed Esterni Valorizzazione di forme e volumi Nautica

85 LED: acronimo di Light Emitting Diode (diodo ad emissione luminosa ) Primo LED sviluppato da Nick Holonvak nel 1962 LED: Speciale diodo a giunzione pp-n costituito da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato Drogaggio di tipo n: l'atomo drogante ha un elettrone in più più di quelli necessari per soddisfare i legami del reticolo cristallino e tale elettrone diventa libero di muoversi all'interno del semiconduttore. Drogaggio di tipo p: l'atomo drogante ha un elettrone in meno di quelli necessari per soddisfare i legami del reticolo cristallino e tale mancanza (lacuna ), si comporta (lacuna), come una particella carica positivamente e si può muovere all all interno del semiconduttore

86 Elementi droganti utilizzati in piccolissime quantità (impurità elettroniche espresse in atomi/cm3), che modificano le proprietà elettriche del semiconduttore ma non le sue proprietà chimiche. Esempio: col silicio che ha atomi tetravalenti (quattro legami per formare un cristallino), il drogaggio di tipo n può essere effettuato mediante atomi di fosforo o arsenico (5 el.), mentre il drogaggio di tipo p è effettuato mediante atomi di boro (3 el.). La lacuna è, insieme all'elettrone, uno dei due portatori di carica che contribuiscono al passaggio di corrente elettrica nel semiconduttore. Pur non essendo una particella elementare (è piuttosto assenza di particella), ha in valore assoluto la stessa carica dell'elettrone, ma di segno opposto (+). GIUNZIONE: zona di sovrapposizione della regione p con quella n priva di portatori di carica (zona di svuotamento), con proprietà isolanti. Si genera in maniera più o meno estesa per l applicazione di una tensione esterna che richiama un certo numero di portatori di carica dando luogo all effetto diodo che permette il flusso di corrente in una direzione ma non in quella opposta Il grado di polarizzazione (densità di portatori disponibili), dipende ovviamente dal tipo di semiconduttore scelto, e dal tipo di drogaggio effettuato. Il dispositivo LED sfrutta le proprietà ottiche di alcuni semiconduttori drogati (arseniuro di gallio GaAs, fosfuro di gallio GaP, fosfuro arseniuro di gallio GaSaP, carburo di silicio SiC, nitruro di gallio e indio Ga In N), per produrre fotoni a partire dalla ricombinazione di coppie elettrone-lacuna. Quando sottoposti ad una tensione diretta gli elettroni della banda di conduzione si ricombinano con le lacune della banda di valenza rilasciando energia sotto forma di fotoni. A causa dello spessore ridotto del chip un ragionevole numero di questi fotoni può abbandonarlo ed essere emesso come luce.

87 Il colore della radiazione emessa è definito dalla distanza in energia tra i livelli energetici di elettroni e lacune, quindi al salto di energia compiuto nella ricombinazione elettrone-lacuna. La scelta del semiconduttore determina pertanto la distribuzione spettrale dunque il colore della luce Primi LED solo di colore rosso (indicatori nei circuiti elettronici, nei display) In seguito dispositivi con due LED integrati nello stesso contenitore (rosso e verde), permettendo di visualizzare quattro stati (spento, verde, rosso, verde+rosso=giallo) con lo stesso dispositivo. Successivamente LED a luce gialla e verde A partire dagli anni 90: LED in una gamma più ampia di colori Con la realizzazione di LED a luce blu possibilità di dispositivi in grado di emettere qualunque colore (rosso + verde + blu)

88 L'evoluzione dei materiali è stata quindi la chiave per ottenere delle sorgenti luminose in grado di sostituire in futuro quasi tutte quelle ad oggi utilizzate. Applicazioni principali: Telecomandi a infrarossi; Indicatori di stato (lampade spia); Retroilluminazione di display LCD; Semafori; Luci di "posizione" e "stop" delle automobili, etc. Telefoni cellulari: nel formato più piccolo per l'illuminazione dei tasti; In ambito illuminotecnico: LED di potenza Alternative a sorgenti tradizionali (ad incandescenza, alogene o fluorescenti compatte ) Emettono luce sufficiente per molte applicazioni di illuminazione generali e speciali: già ampiamente installati nei riflettori delle scenografie teatrali, nelle lampade flash ad alta potenza e nei proiettori per auto, sostituzione di sorgenti tradizionali per interni.

89 Caratteristiche: Lunga durata (fino a h) e ridottissimi costi di manutenzione; Efficienza luminosa: fino a lm/w risparmio energetico; Flusso luminoso non elevato ( lm); (Lampada ad incandescenza (60 W): flusso luminoso 600 lumen) LED più luminosi a luce fredda con resa cromatica relativamente bassa Assenza totale di radiazioni IR (minimo riscaldamento degli oggetti illuminati) e UV Facilità di realizzazione di ottiche efficienti in plastica; Flessibilità di installazione del punto luce; Possibilità di un forte effetto spot (sorgente quasi puntiforme); Funzionamento in sicurezza perché a bassissima tensione (3 24 V corrente continua); Molto sensibili alle variazioni di tensione: basta il 10% in meno perché non si illuminino e il 10% in più per bruciarli; Accensione istantanea anche a freddo (fino a -40 C); Insensibilità a umidità; Temperatura di colore: K (da bianco caldo a bianco freddo) Ra Molto utilizzati con esigenze di: miniaturizzazione ; colori saturi; lunga durata; robustezza;

90 Gli apparecchi d'illuminazione a LED montano sorgenti da 1, 2 o 3 W. Possono essere costituiti da moduli con numero variabile di elementi Efficienza luminosa di una lampada alogena: = 20 lm/w; Flusso emesso da una lampada alogena di 10 W = 200 lm; Efficienza luminosa di un LED di potenza: = 40 lm/w; Flusso emesso da un modulo di 5 LED da 1 W = 200 lm; Applicabili sia per l illuminazione di interni che di esterni

91 Grazie alla loro lunga durata particolarmente adatti in tutte quelle situazioni in cui la frequente sostituzione sarebbe problematica e richiederebbe alti costi di manutenzione: fondi di piscine alti soffitti facciate di palazzi angoli interni non facilmente raggiungibili.

92 Lampade LED con attacco G4 descrizione breve attacco LEDLG409WH10 G4 colore luce Applicazioni: hotel, supermarket, sale meeting, stand per fiere, vetrine, pubblicità arredamento in alternativa a sorgenti luminose tradizionali in ambito domestico, roulotte, barche, camper numero di LED apertura fascio di luce flusso luminoso potenza forward voltage corrente tensione lm±20% 0.6 W±20% 2,8 3,6 V 86±10 ma 12V A.C. ±10% Hz Lampade LED con attacco GX5.3 Utilizzabili con trasformatore elettromagnetico da 12 V numero di LED apertura fascio di luce flusso luminoso potenza forward voltage corrente tensione GX lm ±20% 1.4 W ±20% 2,8 3,6 V 140 ma ±15% 12V A.C. ±10% Hz LEDLGX5320GR15 GX lm ±20% 1.4 W ±20% 2,8 3,6 V 139 ma ±15% 12V A.C. ±10% Hz LEDLGX5320WH10 GX lm ±20% 1.5 W ±20% 2,8 3,6 V 152 ma ±15% 12V A.C. ±10% Hz LEDLGX5320YE15 GX lm ±20% 0.9 W ±20% 1,8 2,2 V 99 ma ±15% 12V A.C. ±10% Hz LEDLGX5320RE15 GX lm ±20% 0.9 W ±20% 1,8 2,2 V 98 ma ±15% 12V A.C. ±10% Hz descrizione breve attacco LEDLGX5320BL15 colore luce

93 Lampade LED con attacco E27 numero di LED apertura fascio di luce flusso luminoso potenza forward voltage corrente tensione E lm ±20% 1.0 W ±20% 2,8 3,6 V 18 ma ±15% 220V 240 A.C Hz LEDLE2715WH10 E lm ±20% 1.1 W ±20% 2,8 3,6 V 19 ma ±15% 220V 240 A.C Hz LEDLE2718WH10 E lm ±20% 1.3 W ±20% 2,8 3,6 V 18 ma ±15% 220V 240 A.C Hz LEDLE2720WH10 E lm ±20% 1.3 W ±20% 2,8 3,6 V 18 ma ±15% 220V 240 A.C Hz descrizione breve attacco LEDLE2712WH10 descrizione breve LEDLE2736WH10 colore luce attacco E27 colore luce numero di LED flusso luminoso potenza corrente tensione lm ±20% 2.1 W ±20% 20 ma ±15% 220V 240 A.C Hz