Sistemi solari passivi e attivi

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1 Sistemi solari passivi e attivi Facoltà di Architettura Luigi Vanvitelli Seconda Università degli Studi di Napoli

2 La radiazione solare Il flusso di energia solare ai confini della nostra atmosfera risulta mediamente di 1353 W/m 2. Questo valore è chiamato costante solare. Il flusso di energia incidente al suolo, tenuto conto dell assorbimento atmosferico è in Italia circa 1000 W/ m 2 [al suolo] La radiazione globale al suolo (G), è la somma di tre componenti, diretta, diffusa e di albedo. La radiazione diretta (I) è data dalla radiazione ai confini dell atmosfera detratto la quota assorbita e diffusa dall atmosfera durante l attraversamento dei raggi solari. La radiazione diffusa (D), è dovuta alla diffusione della radiazione solare da parte delle particelle gassose o solide presenti nell atmosfera [dal 15 25% del totale in una giornata serena al 100% in caso di cielo totalmente coperto]. La componente di albedo (R) è infine dovuta alla radiazione riflessa sulla superficie interessata da parte di altre superfici, del suolo o di altri corpi direttamente visibili (edifici, montagne, etc..). Essa è spesso determinata sperimentalmente.

3 La radiazione solare La radiazione diretta, preponderante rispetto alla diffusa in condizioni di cielo sereno, tende a ridursi all aumentare dell umidità e della nuvolosità presente nell aria, fino ad annullarsi in condizioni di cielo completamente coperto.

4 Il percorso solare Per un osservatore che dalla Terra osservi il cielo, il percorso del Sole sulla volta celeste assume la forma di un arco che varia sia durante il corso dell anno che con la latitudine del luogo. Durante il corso dell anno la durata delle ore di luce ed il percorso del sole subiscono delle modifiche al variare delle stagioni. La durata di luce è massima al solstizio d estate (21 giugno) giorno in cui, alle ore 12, il sole raggiunge il punto più alto nel cielo nel corso di tutto l anno; il caso opposto si verifica al solstizio d inverno (21 dicembre) mentre ai due equinozi di primavera (21 marzo) e di autunno (21 settembre) l altezza del sole alle 12 è intermedia tra la massima e la minima e le durate del giorno e della notte sono esattamente pari a 12 ore in tutto il globo. La posizione del sole rispetto ad un punto sulla terra è determinata dall angolo di altezza solare α (tilt) e dall angolo azimutale γ. Il primo è l angolo verticale che la direzione collimata al sole forma con il piano orizzontale; il secondo è l angolo orizzontale tra il piano verticale passante per il sole e la direzione del sud, ed è positivo verso est e negativo verso ovest. Questi due angoli variano con la Latitudine del luogo, l ora del giorno ed il mese considerati.

5 Il sole e l edificio L'accresciuta sensibilità ad un uso razionale delle risorse energetiche e la grande attenzione nei confronti dell'ambiente hanno portato alla nascita di una "cultura energetica" che ha finito per influenzare anche il settore edile. Oggi, infatti, l'edificio non va più concepito come un elemento passivo che fagocita enormi quantità di energia, ma come strumento di produzione diretta di energia, utilizzabile in loco e/o a distanza (tramite la rete di distribuzione) al fine di soddisfare le richieste energetiche. La progettazione di questi edifici "energeticamente intelligenti" può essere eseguita seguendo fondamentalmente due vie tra loro compatibili: la progettazione secondo criteri bioclimatici (sistemi solari passivi) Nei sistemi passivi l edificio stesso, attraverso i suoi elementi costruttivi, capta, accumula e trasporta al suo interno l energia ricavata da fonti rinnovabili. l'integrazione alle strutture edilizie dei sistemi solari attivi I sistemi attivi captano, accumulano e utilizzano l energia proveniente da fonti rinnovabili con una tecnologia di tipo impiantistico

6 I sistemi solari passivi I sistemi solari passivi sono tecnologie applicate al costruito impiegate al fine di regolare gli scambi termici tra esterno ed interno dell edificio facendo uso della radiazione solare come fonte energetica e sfruttando, come elementi captanti e d accumulo componenti edilizi sia d involucro che interni. Elementi essenziali dei sistemi solari passivi sono: I COLLETTORI Sono gli elementi destinati alla captazione solare, prevalentemente collocati sull involucro edilizio in parti ben esposte alla radiazione solare, (fronti a sud e coperture) sono costituiti da superfici trasparenti e da assorbitori costituiti da superfici opache e scure che, esposte alla radiazione solare che penetra dalla superficie trasparente la convertono in calore. LE MASSE DI ACCUMULO Destinate ad immagazzinare calore e a ricederlo in assenza di sole, prolungando il funzionamento dei sistemi solari passivi. I COMPONENTI DI CONTROLLO Servono a regolare il funzionamento dei sistemi solari passivi nel ciclo giornaliero (giorno/notte ) e stagionale

7 I sistemi solari passivi COMPONENTI DI CONTROLLO frangisole schermatura regolabile schermatura fissa COLLETTORE (parete vetrata trasparente) Università Scienze Applicate di Bonn-Rhein-Sieg arch. Werner + Neubert MASSA D ACCUMULO (muro Trombe)

8 I sistemi solari passivi I sistemi solari passivi sono di vari tipi ciascuno con proprie specifiche caratteristiche. Di norma essi vengono divisi in tre categorie di sistemi: a guadagno diretto a guadagno indiretto a guadagno separato

9 I sistemi solari passivi _ Sistemi a guadagno diretto Elementi vetrati La radiazione entra direttamente nello spazio da riscaldare mediante ampie superfici trasparenti e si converte in calore. Le superfici dell ambiente dotate di grande inerzia termica assorbono il calore in eccesso rilasciandolo nelle ore notturne. Captazione mediante superficie trasparente (Vetrata) per irraggiamento ed effetto serra. Accumulo l energia è trattenuta da materiali ad elevata inerzia termica. Distribuzione mediante le superfici di accumulo soprattutto per irraggiamento. L edificio deve essere dotato di aperture orientate verso il sole e fortemente coibentato nelle zone non esposte Con questo sistema solo gli ambienti direttamente interessati si giovano dell'apporto energetico solare, a meno che non vengano messi in diretta comunicazione con gli altri spazi dell'abitazione. E essenziale prevedere l apertura diffusa degli ambienti vetrati e la loro schermatura nel periodo estivo.

10 I sistemi solari passivi _ Sistemi a guadagno diretto Elementi vetrati La radiazione diretta in uno spazio abitato si può avere anche attraverso il tetto, usando lucernai rivolti a Sud. Il soffitto dove è aperto il lucernaio va dipinto di colore chiaro ed è necessario applicare schermature per regolare la radiazione estiva. estate inverno estate

11 I sistemi solari passivi _ Sistemi a guadagno indiretto Nei sistemi a guadagno indiretto il collettore fa parte dell'involucro e riceve direttamente la radiazione solare dall esterno senza farla penetrare all interno, per poi ricederla attraverso l assorbitore, sotto forma di energia termica trasmessa per irraggiamento e convezione agli ambienti di accumulo, con un ritardo di alcune ore dipendente dai materiali utilizzati e dallo spessore dell'assorbitore. Tra essi si annoverano: i muri di Trombe-Michel e pareti ad accumulo; i sistemi ad accumulo; i roof-pond.

12 I sistemi solari passivi _ Sistemi a guadagno indiretto Regione Campania Muro di Trombe E costituito da un muro dotato di forte massa (laterizi, pietra, cls) esposto a Sud e da una vetrata posta a un distanza di 8 10 cm. L energia termica che incide sulla vetrata viene catturata nella camera d aria e provoca un innalzamento della temperatura del muro. Il calore viene ceduto in ambiente o per conduzione attraverso la parete o per convezione se vengono effettuate delle aperture nella parte inferiore e superiore della stessa. Il muro di accumulo deve avere un elevato fattore di assorbimento (evitare tinte chiare verificare fattore di assorbimento del materiale). Nella stagione estiva il muro può essere utilizzato come camino solare costituendo un sistema di raffrescamento naturale.

13 I sistemi solari passivi - Sistemi a guadagno indiretto Sistemi ad accumulo Sistema ad acqua costituito da una parete trasparente realizzata con due lastre da 10mm separate da intercapedine da 100 mm riempita d acqua, esternamente una tapparella riduce, all occorrenza la radiazione solare e la trasmissione del calore verso l esterno durante la notte. Sistema a cambiamento di fase Sfruttano le proprietà di alcuni materiali inorganici (Sali idrati, solfato di sodio o di calcio) o organici (paraffine) I materiali che subiscono un cambiamento di fase assorbono calore quando fondono e lo rilasciano quando risolidificano e questo avviene in un ristretto intervallo di temperatura detto "intervallo di fusione". In questo intervallo i materiali presentano il più alto valore della capacità termica.

14 I sistemi solari passivi - Sistemi a guadagno indiretto Regione Campania Roof Pond Il sistema è costituito da una massa termica (acqua) sulla copertura, sorretta da un solaio ad elevata conducibilità termica. In inverno durante il giorno avviene un accumulo di energia nella massa d acqua. Di notte i contenitori di acqua vengono coperti con pannelli isolanti e il calore ceduto agli ambienti sottostanti attraverso il solaio. D estate nel periodo diurno i contenitori sono coperti e l acqua assorbe il calore proveniente dall ambiente sottostante. Di notte i contenitori vengono scoperti e cedono il calore accumulato all esterno. Configurazione invernale Sistema roof pond ad alette orientabili Sistema roof pond a pannelli mobili Configurazione estiva

15 I sistemi solari passivi Sistemi a guadagno isolato In un sistema a guadagno isolato il collettore solare è termicamente isolato dagli ambienti dell'edificio. Nei sistemi passivi il trasferimento di energia dal collettore all'ambiente o all'accumulo e dall'accumulo all'ambiente avviene solo attraverso processi non meccanici, come la convezione e l'irraggiamento. Il più comune tra questi processi di trasferimento dell'energia è una forma particolare di convezione conosciuta come effetto termosifone: l'aria è riscaldata nel collettore, diventa meno densa e sale, richiamando aria più fredda dal basso; l'aria più calda trasferisce la sua energia all'accumulo isolato o alla stanza ed ai suoi occupanti, si raffredda e ricade verso il basso per essere ripresa dal collettore, da cui il ciclo continua fintanto che il collettore rimane sufficientemente caldo.

16 I sistemi solari passivi _ Sistemi a guadagno isolato SERRE Una serra è un volume edilizio chiuso da pareti trasparenti contiguo agli spazi abitati. Il sistema può avere numerose configurazioni. Il sistema può essere concepito come spazio abitabile, solo come collettore solare, come spazio cuscinetto. All interno della serra può essere collocata una massa di accumulo come volano. Per evitare il surriscaldamento della serra nel periodo estivo è necessario prevedere delle schermature o delle aperture. In questo caso la serra può fungere anche come sistema di raffrescamento passivo sfruttando l effetto camino. Le serre sono applicabili ed adattabili agli edifici preesistenti

17 I sistemi solari passivi Sistemi a guadagno isolato SERRE COMPLESSO IN SAGEDERGASSE Arch. G.W. Reinberg (Vienna 1999)

18 I sistemi solari passivi_ Componenti di controllo_ Schermature I dispositivi più semplici sono gli aggetti ed i frangisole. Il difetto principale degli schermi fissi è che l'entità della schermatura è determinata dalle stagioni solari, piuttosto che da quelle climatiche e ciò produce effetti schermanti anche in periodi in cui è richiesto un riscaldamento passivo. Gli schermi fissi tagliano sempre una parte della radiazione diffusa e quindi riducono l'illuminazione naturale. Gli aggetti orizzontali per riparare le finestrature sono fortemente raccomandati sulle facciate con orientamento sud, sud-est, e sud-ovest, dove le superfici vetrate devono essere mantenute completamente in ombra durante le ore centrali della giornata.

19 I sistemi solari passivi_ Componenti di controllo_ Schermature Le schermature possono essere strutture semplici e relativamente leggere sia dal punto di vista strutturale che architettonico, contribuendo ad arricchire visualmente la facciata. L'effetto sul carico termico e sul comfort (riduzione della temperatura esterna ed interna delle superficie vetrate) è rilevante, senza penalizzare il contributo delle vetrate alla componente naturale dell'illuminazione. Frangisole orizzontali o verticali in: acciaio, alluminio, legno, cotto o vetro possono contribuire a risolvere in maniera efficace problemi per i quali in passato era necessario utilizzare tecnologie pesanti oppure affidarsi a potenti sistemi di condizionamento.

20 I sistemi solari passivi_ Componenti di controllo Regione Campania Sportelli esterni

21 I sistemi solari passivi_ Componenti di controllo Teli avvolgibili

22 I sistemi solari passivi_ Componenti di controllo Tende

23 I sistemi solari attivi Le tecnologie che riescono a sfruttare l irraggiamento solare garantendo un migliore comportamento termico ed energetico del sistema edificio sono: Solare termico Produzione di acqua calda sanitaria Obiettivo Fotovoltaico Produzione di energia elettrica Un collettore solare termico trasforma la radiazione solare in calore che viene utilizzato per riscaldare un fluido. Un pannello fotovoltaico, trasforma la luce del sole in corrente elettrica.

24 I sistemi solari attivi _ Solare Termico Il collettore piano ad acqua (o pannello solare) serve a catturare l energia che giunge dal Sole sulla Terra e ad utilizzarla per produrre acqua calda ad una temperatura dell ordine di C. L acqua calda prodotta ed accumulata in un apposito serbatoio potrà essere utilizzata per le esigenze di casa, Parti costituenti : -Collettore solare (pannello) -Serbatoio di accumulo -Collegamenti idraulici ed elettrici Rendimento : L acqua calda prodotta da un collettore solare è mediamente pari a litri/giorno per ogni metro quadro di pannello installato. Il serbatoio abbinato è di circa litri per mq. Per calcolare le dimensioni del pannello solare da installare si deve tener conto del numero dei membri della famiglia e quindi del prevedibile consumo di acqua calda della famiglia medesima, pari a litri/giorno a persona. Mediamente va calcolata una superficie paria a circa 0,5 m 2 a persona

25 I sistemi solari attivi _ Solare Termico I pannelli sono formati da: a) una superficie assorbente; b) una rete di tubazioni nella quale scorre il fluido termovettore; c) una copertura trasparente; d) un rivestimento isolante; e) una struttura di contenimento che costituisce l involucro esterno. I pannelli solari piani utilizzano le tre componenti della radiazione solare e sfruttano l effetto serra. La copertura trasparente è infatti realizzata con materiali trasparenti alla radiazione solare incidente, ma opachi alla radiazione infrarossa reirraggiata. L energia termica proveniente dal sole, viene così catturata all interno del pannello e trasferita al fluido termovettore. Per limitare le perdite di calore verso l esterno le zone laterali e posteriore vengono poi protette con materiale isolante.

26 I sistemi solari attivi _ Solare Termico _ Tipologie di impianto I sistemi a circolazione naturale sono molto semplici, richiedono scarsa manutenzione e possono essere realizzati impiegando dei pannelli solari con basse perdite di carico. Tutti i sistemi a circolazione naturale si basano sul principio che il fluido del circuito primario, riscaldato dal sole diminuisce la propria densità diventa più leggero e sale verso l alto, provocando un movimento naturale del fluido medesimo. Nei sistemi a circolazione naturale il serbatoio di accumulo dell acqua deve essere sempre posizionato più in alto del pannello ed a breve distanza dal medesimo. sistemi a circolazione naturale Il principio di funzionamento di un impianto a circolazione forzata differisce da quello a circolazione naturale per il fatto che il fluido, contenuto nel collettore solare, scorre nel circuito chiuso per effetto della spinta fornita da una pompa comandata da una centralina o termostato attivata, a sua volta, da sonde poste sul collettore e nel serbatoio. sistemi a circolazione forzata

27 I sistemi solari attivi _ Solare Termico _ Posizionamento Integrato su tetto a falda

28 I sistemi solari attivi _ Solare Termico _ Posizionamento Pensilina

29 I sistemi solari attivi _ Solare Termico _ Posizionamento Sovrapposto su tetto a falda

30 I sistemi solari attivi _ Solare Termico _ Posizionamento Integrazione in facciata (parapetto)

31 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico Il solare fotovoltaico è una tecnologia che permette la conversione diretta dell'energia solare in energia elettrica.

32 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Il silicio Il silicio è uno degli elementi più diffusi sulla Terra ed è facilmente reperibile. Per essere sfruttato, deve essere caratterizzato da un adeguata struttura molecolare, nonché da un elevato grado di purezza ottenibile solo attraverso processi estremamente complessi e costosi. La struttura molecolare del silicio può essere: MONOCRISTALLINA gli atomi sono orientati nello stesso verso e legati uniformemente tra loro POLICRISTALLINA gli atomi si presentano aggregati in piccoli grani monocristallini orientati in modo casuale AMORFA gli atomi sono orientati in modo casuale, come in un liquido, pur conservando le qualità tipiche dei solidi Tipo di silicio Efficienza (%) Produzione mondiale (%) Forma celle Dimensioni celle MONOCRISTALLINO quadrate 10x10 12,5x12,5 POLICRISTALLINO quadrate 10x10 12,5x12,5 15x15 AMORFO

33 CELLA DI SILICIO MONOCRISTALLINO CELLA DI SILICIO POLICRISTALLINO

34 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ L effetto fotovoltaico L elemento base della tecnologia fotovoltaica è rappresentato dalla "cella. Si tratta di una piccola lastra di materiale semiconduttore (generalmente silicio) che opportunamente trattata, genera una piccola differenza di potenziale tra la superficie superiore (-) drogata con fosforo e quella inferiore (+) drogata con boro. La radiazione solare incidente sulla cella è in grado di mettere in movimento gli elettroni interni al materiale, che quindi si spostano dalla faccia negativa a quella positiva, generando una corrente continua.

35 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Il sistema fotovoltaico Le CELLE vengono connesse tra loro e incapsulate in maniera da formare delle superfici più grandi: i MODULI. Più MODULI vengono collegati elettricamente in serie realizzando la cosiddetta STRINGA, che a sua volta, viene collegata in parallelo con altre analoghe. L aggregazione di diverse STRINGHE costituisce il CAMPO O GENERATORE FOTOVOLTAICO. L IMPIANTO O SISTEMA FOTOVOLTAICO è poi a sua volta costituito otre che dal GENERATORE, anche da un SISTEMA DI CONDIZIONAMENTO E CONTROLLO DELLA POTENZA (inverter, regolatore di tensione etc.) e da un eventuale ACCUMULATORE DI ENERGIA.

36 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Dove e come posizionare un impianto fotovoltaico? L angolo di inclinazione della superficie fotovoltaica captante viene determinato come l angolo di latitudine meno 10 gradi. Quindi per la latitudine del nostro Paese, la posizione ottimale della superficie dei pannelli risulta quella a copertura dell edificio con esposizione a sud, e con un angolo di inclinazione di circa rispetto al piano orizzontale. LATITUDINE 30-40

37 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Cause di riduzione di produttività Sistemi solari passivi e attivi Cause di riduzione di produttività di un impianto fotovoltaico possono essere: Ombreggiamento Surriscaldamento dei pannelli Imbrattamento delle superfici E necessario quindi in fase di progettazione disporre i pannelli in modo da: evitare zone d ombra; garantire un certo grado di ventilazione sulle superfici posteriori: infatti al crescere della temperatura diminuisce l efficienza fotovoltaica inoltre temperature troppo elevate possono danneggiare irreparabilmente celle e contatti elettrici; garantire un sufficiente livello di pulizia delle superfici fotovoltaiche.

38 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Principali tipologie impiantistiche SISTEMI ISOLATI (STAND-ALONE) SISTEMI CONNESSI ALLA RETE (GRID-CONNECTED)

39 SISTEMI ISOLATI (STAND-ALONE) Sono i sistemi non collegati alla rete elettrica e sono costituiti dai moduli fotovoltaici, dal regolatore di carica e da un sistema di batterie che garantisce l erogazione di corrente anche nelle ore di minore illuminazione o di buio. La corrente generata dal sistema fotovoltaico è una corrente continua. Se l utenza è costituita da apparecchiature che prevedono una alimentazione in corrente alternata è necessario anche un convertitore: l inverter. In Italia sono stati realizzati molti impianti fotovoltaici di elettrificazione rurale e montana soprattutto nel Sud, nelle isole e sull Arco alpino Attualmente le applicazioni più diffuse servono ad alimentare: apparecchiature per il pompaggio dell acqua, soprattutto in agricoltura; sistemi di illuminazione; segnaletica stradale; apparecchi di refrigerazione, specie per il trasporto di medicinali; ripetitori radio, stazioni di rilevamento e trasmissione dati (metereologici e sismici),apparecchi telefonici.

40 SISTEMI CONNESSI ALLA RETE (GRID-CONNECTED) Sono impianti stabilmente collegati alla rete elettrica. Nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non è in grado di produrre l energia necessaria a coprire la domanda di elettricità, la rete fornisce l energia richiesta. Viceversa, se il sistema fotovoltaico produce energia elettrica in più, il surplus viene trasferito alla rete e contabilizzato. Un inverter trasforma l energia elettrica da corrente continua prodotta dal sistema fotovoltaico, in corrente alternata. I sistemi connessi alla rete, ovviamente, non hanno bisogno di batterie perché la rete di distribuzione sopperisce alla fornitura di energia elettrica nei momenti di indisponibilità della radiazione solare.

41 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Livelli di integrazione architettonica APPLICAZIONE INDIPENDENTE (RETROFIT) APPLICAZIONE PER SOVRAPPOSIZIONE APPLICAZIONE PER INTEGRAZIONE

42 APPLICAZIONE INDIPENDENTE Possiamo parlare di applicazione indipendente sull edificio quando quest ultimo serve solamente da supporto, i pannelli fotovoltaici non svolgono nessuna funzione di chiusura rispetto all organismo edilizio e la loro disposizione non è condizionata dalla morfologia dell involucro. Si tratta di una tipologia di collocazione che trova luogo in genere sulle coperture piane e, più raramente, sulle facciate. Questa categoria è quella che maggiormente si discosta dal concetto di integrazione architettonica dei sistemi. Bisogna riscontrare, tuttavia, che essa rappresenta la tecnica più rapida, semplice ed economica, adatta soprattutto a operazioni di retrofit energetico su edifici esistenti

43 APPLICAZIONE PER SOVRAPPOSIZIONE Secondo questo metodo di installazione, i moduli solari vengono collocati tramite un apposita struttura sopra l involucro dell edificio, a poca distanza da esso e in modo da adattarsi alla configurazione della superficie di chiusura che funge da supporto. E frequentemente impiegata in interventi su coperture a falda e facciate. Per quanto riguarda lo svolgimento di funzioni di separazione esterno-interno, il ruolo strettamente edilizio dei pannelli sovrapposti potrebbe essere ridondante, in quanto essi non vanno a sostituire elementi o subsistemi tradizionali, ma ricoprono semplicemente delle superfici già dotate delle necessarie caratteristiche di tenuta, impermeabilizzazione, coibentazione etc. L integrazione nell edificio, non è reale ma solo visiva

44 APPLICAZIONE PER INTEGRAZIONE Il termine integrazione si riferisce a quelle tecnologie di installazione dei moduli fotovoltaici che vedono questi inserirsi completamente nell organismo edilizio, svolgendo, oltre a quelle strettamente energetiche, anche alcune o tutte le funzioni riferibili a elementi e subsistemi di chiusura o schermatura. Per quanto riguarda la maggior parte delle installazioni per integrazione, i pannelli impiegati non sono quelli standard, adatti per qualsiasi tipo di applicazione, ma vengono appositamente studiati e realizzati per il loro impiego architettonico. Gli interventi appartenenti a questa categoria possono riguardare qualsiasi superficie dell involucro edilizio e generalmente vengono eseguiti nel caso di progettazioni exnovo della costruzione, oppure quando essa sia sottoposta a consistenti lavori di manutenzione straordinaria o di riqualificazione.

45 SOLAR FABRIK Localizzazione Destinazione d uso Superficie Anno di progettazione Anno di costruzione Progettista Friburgo, Germania Stabilimento industriale 15,356 mq Rolf+Hotz Sistema fotovoltaico Superficie fotovoltaica Potenza dell impianto Rendimento Progettista impianto Ditta fornitrice In facciata, grid-connected mq 104 kwp KWh/anno Büro für Sonnenenergie BP Solar

46 HELIOTROP Localizzazione Destinazione d uso Anno di progettazione Anno di costruzione Progettista Friburgo, Germania Residenza, studio Rolf Disch Sistema fotovoltaico Superficie fotovoltaica Potenza dell impianto Rendimento In copertura, grid-connected 54 mq 6,6 kwp 9000 kwh anno

47 SOLARSIEDLUNG Localizzazione Destinazione d uso Progettista Sistema fotovoltaico Friburgo, Germania Unità residenziali Rolf Disch In copertura, grid-connected La novità della SOLARSIEDLUNG di Fribugo sta sostanzialmente nell obiettivo di produrre energia non solo per le abitazioni in loco, ma anche per la rete pubblica locale. Infatti per la prima volta in un quartiere di edilizia residenziale si fa riferimento ad una strategia energetica globale, mirante alla produzione di una quantità di energia superiore al fabbisogno dei residenti, attraverso lo sfruttamento intelligente dell energia, il ricorso all isolamento termico e l integrazione di moduli e collettori solari.

48 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Tetti Fotovoltaici - Conto Capitale Il programma nazionale TETTI FOTOVOLTAICI prevedeva contributi IN CONTO CAPITALE pari al 75% del costo di investimento. Con questa forma di incentivazione finanziaria il tempo necessario per recuperare l investimento iniziale si riduceva, arrivando a valore dell ordine di circa 7-10 anni, pochi se confrontati ai circa 30 anni di vita previsti per un impianto. Una volta raggiunto il recupero dell investimento, per il resto della vita utile dell impianto si disponeva di energia praticamente a costo zero. L energia elettrica prodotta in eccesso non poteva essere letteralmente venduta alla rete elettrica ma l azienda di distribuzione dell energia elettrica accordava al proprietario dell impianto un credito su base annuale. Gli impianti dovevano essere necessariamente dimensionati in base alle proprie esigenze di consumo.

49 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Conto Energia In Italia, il 19 Settembre 2005 è entrato in vigore il DL 387/2003 di recepimento della Direttiva europea per le fonti rinnovabili (Direttiva 2001/77/CE). Con tale decreto si è attivato il meccanismo d incentivazione in conto energia per promuovere la produzione di energia elettrica da impianti fotovoltaici. Il 19 febbraio 2007, i Ministeri dello Sviluppo Economico (MSE) e dell Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare (MATTM) hanno emesso un nuovo decreto ministeriale che ha introdotto radicali modifiche e semplificazioni allo schema originario. Chi vuole installare un impianto solare fotovoltaico in conto energia debba seguire questa semplice procedura in estrema e comprensibile sintesi: - installazione dell'impianto. - richiesta del contributo in conto energia entro 60 giorni dalla fine dei lavori. Questo nuovo sistema si spera darà l'impulso vincente per permettere anche in Italia il buon successo degli impianti solari per la produzione di energia elettrica, esattamente come è già accaduto in Germania, dove i finanziamenti in conto energia hanno permesso il decollo del settore fotovoltaico.

50 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Conto Energia A grandi linee il conto energia funziona così: Si può installare l'impianto fotovoltaico su una abitazione o azienda in qualsiasi momento ( rispettando solo alcune velocissime procedure burocratiche con il proprio gestore elettrico, per es. Enel, Acea ecc.. ), in poco tempo e senza partecipare ad estenuanti gare di punteggio o affrontare pratiche burocratiche pluriannuali. Non si riceve più un contributo a fondo perduto come accadeva fino a poco tempo fa, e si pagherà tutto l'impianto di propria tasca mia o grazie a prestiti agevolati studiati appositamente dalle Banche per lo sviluppo dell'energia solare.

51 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Conto Energia Il cliente invece potrà vendere l'energia prodotta al gestore elettrico nazionale, ricevendo periodicamente: Il gestore dovrà comperare l'energia prodotta per 20 anni al prezzo pattuito inizialmente. Terminati i 20 anni l'energia prodotta potrà essere usata direttamente per i propri usi privati e quindi le bollette che si riceveranno saranno relative alla differenza tra quello che si produce nell'arco dell'anno e quello che invece si consuma. Si deve tener presente che un impianto fotovoltaico dura molto di più di 20 anni: anche anni. L'impianto per un miglior ammortamento dovrà essere dimensionato in base ai propri consumi attuali o previsti futuri nel caso di un privato, mentre nel caso si intenda installare l impianto su un'azienda esso diventerà esattamente una forma di investimento come molte altre, quindi si potrà decidere la potenza dell impianto fotovoltaico in base a quanto si desidera investire.

52 I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Come dimensionare un impianto 1. CALCOLO DELL IRRAGGIAMENTO MEDIO ANNUO I calcoli relativi alla quantità di energia producibile in un anno dal generatore fotovoltaico sono determinati secondo le Norme UNI0349 e UNI8477. Consideriamo per esempio di voler realizzare un impianto a Napoli, supponiamo inoltre di orientare i moduli esattamente a sud e di inclinarli di 30 rispetto all orizzontale. Quindi: CITTA = NAPOLI ORIENTAMENTO=SUD INCLINAZIONE= 30 Irraggiamento Medio Annuo= Minore Irraggiamento Medio Giorno X Numero dei giorni dell anno = 2,65 kwh/mq/giorno X 365= 967,25 kwh/mq/anno 2. CARATTERISTICHE DEI MODULI Al fine della valutazione, consideriamo per esempio le caratteristiche dei moduli standard prodotti dall Elettrosannio s.n.c. di Pietrelcina (BN). Dimensioni del modulo: m X 0,535 m Superficie del modulo: Sm= 0,62 mq Potenza del modulo: Pm= 85 Wp

53 Dimensionamento Sistema FV per una famiglia di 4 persone che vive in appartamento o villa singola di medie dimensioni con un contratto di energia elettrica con potenza disponibile di Sistemi 3 KW. L impianto solari passivi si sviluppa e attivi su 15 mq di superficie utile Irraggiamento medio annuo Ima = 967,25 kwh/mq/anno Potenza del modulo: Pm = 85 Wp Superficie del modulo: Sm = 0,62 mq Superficie complessiva dell impianto: Sg = 15 mq Numero dei moduli fotovoltaici costituenti l impianto: N= Sg/Sm =15mq/0,62 mq =24 Potenza di picco dell impianto: Pp = Pm X N = 85 X 24= 2 KWp L efficienza nominale (En) dell impianto fotovoltaico è data da : En = Pp/Sg = 2 / 15 KWp/mq = 0,137 KWp/mq L efficienza operativa media annua (E(o.m.a.)) dell impianto è data da 75% di quella nominale En : E(o.m.a.) = En x 75% = 0,137 x 0,75= 0,103 L energia elettrica annua producibile per metro quadrato (Ep) è data da: (Ep) = E(o.m.a.)x Ima =0,103 x 967,25 = 99,627 KWh/mq/anno L energia elettrica producibile annualmente (E) in corrente alternata dall impianto fotovoltaico sarà pari: E = Ep x Sg= 99,627 x 15 = 1494,405 KWh per anno

54 Esempi di integrazione di sistemi solari termici e fotovoltaici La facciata vetrata del Centro culturale e ambientale Les Planes de Son. Lleida (Spagna) integra panelli fotovoltaici nella cornice della copertura a verde (1800 Wp) e 120 mq di collettori solari di tipo tradizionale installati in due nastri, uno sulle ringhiere delle finestre, e l altro nella parte superiore. La posizione verticale dei panelli aumenta la loro efficienza durante l inverno, il periodo più sfavorevole.

55 Esempi di integrazione di sistemi solari attivi e passivi La serra fotovoltaica dell ospedale pediatrico Meyer di Firenze. La perfetta integrazione architettonica dei pannelli sulla facciata della serra permette di combinare la funzione di produzione energetica con quella di protezione e schermatura dalla radiazione solare diretta e, quando necessario, di accumulo termico in un ambiente filtro. Il risparmio economico che si ottiene dalla combinazione di queste funzioni è notevole, per esempio la spesa dei pannelli fotovoltaici è equiparabile a quella di un rivestimento di facciata altamente tecnologico che però non contribuisce alla produzione di energia.