POR FSE OBIETTIVO 2 FSE ASSE V TRANSNAZIONALITA INTERREGIONALITA

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1 POR FSE OBIETTIVO 2 FSE ASSE V TRANSNAZIONALITA INTERREGIONALITA Circondario Empolese Valdelsa con Provincia di Prato, Azienda USL 11-Empoli, Istituto Superiore Ferraris- Brunelleschi di Empoli, PINScrl, Ui Unione Id Industriale il Pratese Servizi, i FILSpA, SOPHIA, coordinato da Agenzia per lo Sviluppo Empolese Valdelsa SOLARE Ing. Simone Paganelli

2 Il Sole e la sua energia Definizione parametri di interesse Tipologia di radiazione I pannelli solari termici Collettori per basse temperature Piani Sottovuoto Argomenti Collettori per alte temperature (a concentrazione) I pannelli fotovoltaici Monocristallini Policristallini Film sottile A concentrazione

3 Il Sole e la sua energia L'energia solare è la fonte di energia primaria per eccellenza: tutta l' energia che utilizziamo ha origine dall'irradiamento solare, compresi i combustibili fossili. Ogni anno il sole irradia sulla terra miliardi di tep (1 tep = GJ o MWh) mentre la domanda annua di energia è di circa 8 miliardi di tep. In Italia è di circa 167 milioni di tep Il sole emette continuamente una potenza di circa 175 miliardi di megawatt di cui solo ca. 1350W/m² raggiungono l atmosfera terrestre. A causa della dispersione nell atmosfera atmosfera, la superficie terrestre viene raggiunta da ca. 1000W/m² (valori medi). Questo valore viene usato come riferimento di massima potenza di irradiamento per i calcoli ed è comunque raggiungibile solo in una giornata con cielo sereno.

4 Il Sole e la sua energia L energia che colpisce una superficie (detta insolazione): Si misura in kwh/m 2 giorno o mese o anno e corrisponde ai kwh che in un intervallo di tempo hanno interessato una superficie elementare di 1 m 2. La superficie riceve la massima energia se è perpendicolare ai raggi incidenti. Poiché i raggi sono raramente perpendicolari e l energia è diluita durante la giornata o il mese o l anno, i kwh risultanti saranno il contributo di tutte le ore di luce più o meno intense. L energia solare ha il pregio di: Essere disponibile quando c è più richiesta Essere disponibile ibil dove ci sarà più richiesta

5 Il Sole e la sua energia Il Sole e la terra Il movimento relativo della terra rispetto al sole e a sé stessa spiega le posizioni del sole rispetto ad un determinato t osservatore, situato t in un punto della terra in cui si desideri i sfruttare l energia solare. Rotazione intorno al suo asse. Il periodo di questo movimento è di circa un giorno. L asse di rotazione forma un angolo di 23 º 27 rispetto al piano di traslazione. Questa circostanza fa sì che il giorno e la notte abbiano una durata differente nei diversi punti della terra e nelle varie fasi dell anno anno.

6 Traiettoria del Sole Il Sole e la sua energia In seguito ai movimenti relativi della terra su se stessa e intorno al sole, in un determinato punto della terra il sole appare sull orizzonte (orto), poi sale nella volta celeste fino a raggiungere un altezza massima, e infine discende d fino a tornare sull orizzonte (occaso). La traiettoria che segue è compresa fra quella del solstizio d inverno (21 dicembre) e quello del solstizio d estate (21 giugno), passando per gli equinozi di primavera (21 marzo) e di autunno (21 settembre). L altezza massima e la durata del giorno dipendono d dalla latitudine

7 Denominazione degli angoli Il Sole e la sua energia Riferendosi alla direzione sud, si individuano gli angoli caratteristici del sistema Solecollettore

8 Il Sole e la sua energia Diagramma dell'elevazione Solare Durante l anno le coordinate della traiettoria del sole sono azimut ed elevazione. Nello stesso grafico possono essere raffigurati l azimut e l elevazione di potenziali ostacoli situati in prossimità di un determinato impianto solare: intervalli di tempo e i giorni in cui l impianto solare non riceve la radiazione solare diretta

9 Il Sole e la sua energia Interazione Radiazione Solare Atmosfera Assorbimento. Alcuni elementi possono assorbire il fascio di radiazione incidente, riducendo l intensità della radiazione, scaldandosi e divenendo degli emittenti di radiazione ad onda lunga, che incide id anch essa in parte sulla terra, unendosi alla radiazione i diffusa. Diffusione. Altri elementi di dimensioni minori producono delle variazioni nella direzione del fascio di radiazione, provocandone una dispersione e dando origine alla radiazione diffusa di onda corta, che giunge a noi dall intera volta celeste.

10 Il Sole e la sua energia Radiazione globale e suoi componenti Secondo quanto visto finora la radiazione solare che giunge ad un impianto è costituita dalle seguenti componenti, che sono illustrate nell immagine: diretta, che proviene dal disco solare senza alterazioni i nella direzione. i diffusa, proveniente dall intera volta celeste. riflessa, proveniente dal terreno circostante, e derivante dal riflesso prodotto sul terreno dalle componenti diretta e diffusa. Gli impianti solari termici senza concentrazione sfruttano le componenti diretta, diffusa e riflessa della radiazione solare. Gli impianti con concentrazione invece sfruttano solo la componente diretta. Ovviamente il coefficiente di riflessione (riflesso) del terreno influisce su questa componente e l angolo di visione del terreno, dai collettori dell impianto, determina in gran parte la quantità di radiazione che da esso raggiunge l impianto. In generale, e nelle situazioni più comuni, questa componente è ridotta.

11 Il Sole e la sua energia Andamento Ideale dell Irraggiamento Solare: Sicilia

12 Il Sole e la sua energia Andamento Ideale dell Irraggiamento Solare: Milano

13 Il Sole e la sua energia Influenza delle Condizioni Atmosferiche Il grafico mostra i valori approssimativi della radiazione solare globale su piano orizzontale in funzione delle condizioni del tempo. Ovviamente nelle giornate con cielo sereno si ottengono livelli lli di radiazione i alti (in base al periodo dell anno), che variano da 800 a 1000W/m². Nelle giornate con cielo completamente annuvolato invece si ottengono livelli di 200 W/m² e talvolta inferiori.

14 Il Sole e la sua energia Carta dell irradiazione su superficie orizzontale in Italia

15 Radiazione annuale media Il Sole e la sua energia

16 Il Sole e la sua energia Radiazione Solare sulla Superficie Terrestre

17 Il Sole e la sua energia Per quanto riguarda le capacità di assorbimento, il pannello solare deve essere in grado di assorbire quanta più possibile energia proveniente dal sole (e quindi avere un alto assorbimento nella zona del visibile e nell ultravioletto) Per quanto riguarda le emissioni, devono essere le più basse possibili nel campo dell infrarosso, visto che la sua temperatura t fa sì che il picco di emissione si abbia per quelle lunghezze d onda. Gran parte di questi compiti è assolto dal vetro e dalle superfici di assorbimento dei pannelli poi ci sono da considerare gli effetti di scambio termico con l ambiente mediante convezione

18 Il Sole e la sua energia Piranometro Si tratta di una pila termoelettrica che produce una forza Piranometro. Si tratta di una pila termoelettrica che produce una forza elettromotrice (fem) quando è esposta alla radiazione solare. La misurazione di questa fem permette di determinare la radiazione solare (valore istantaneo in W/m²). Con il montaggio orizzontale si misura la radiazione solare globale orizzontale.

19 I pannelli solari termici Un collettore solare termico è un dispositivo che trasforma la radiazione solare in energia all interno di un fluido, normalmente acqua o aria. Il collettore deve soprattutto poter funzionare per alcuni decenni. Le caratteristiche generali che un collettore solare termico deve possedere sono le seguenti (Norme EN 12975): essere resistente agli agenti esterni (umidità marina, polvere, neve, grandine, ecc.); essere resistente a temperature alte e basse; essere stabile e duraturo; essere facile da montare; essere efficiente in termini di conversione di energia.

20 I pannelli solari termici Lo strumento utilizzato per catturare l energia solare e convertirla in calore è il pannello solare. Esistono varie tipologie a seconda dell utilizzo che se ne deve fare: Pannelli non vetrati Pannelli vetrati Pannelli sotto vuoto Pannelli a concentrazione A seconda dell utilizzo è necessario scegliere quello più opportuno tenendo conto: Temperatura massima raggiunta Efficienza (superficie necessaria) Costo

21 I pannelli solari termici La variazione di efficienza è legata all incapacità di assorbire tutta l energia solare ed al diverso scambio termico con l ambiente circostante. Irraggiamento solare diretto, riflesso e diffuso convezione sulla faccia superiore, laterale ed inferiore contributo significativo del vento Generalmente come fluido termovettore utilizzano acqua, acqua glicolata o aria.

22 Collettori Piani non Vetrati I pannelli solari termici Il modello più semplice è costituito da una serie di tubi plastici (polipropilene o gomma sintetica) di colore nero (non ha il rivestimento selettivo) al cui interno scorre l acqua da scaldare Ha molte perdite termiche, e viene impiegato soprattutto in ambiti che richiedono temperature poco elevate, come ad esempio per il riscaldamento delle piscine. Le perdite sono legate allo scambio termico fra il collettore e l ambiente oltre che fra il collettore e l acqua alla ridotta capacità di captare tutto il calore disponibile

23 I pannelli solari termici Collettore solare Piano Vetrato Temperature non troppo elevate Minori perdite di calore rispetto ai non vetrati Vetro che contribuisce all effetto serra poiché ha alto grado di trasmissione della radiazione solare incidente, e basso grado di trasmissione della radiazione infrarossa prodotta nello strato assorbente. Strato assorbente generalmente costruito con metallo rivestito di una sostanza nera ad alto grado di assorbimento della radiazione solare. Quelli con un basso grado di emissione delle onde lunghe sono più efficienti (superficie selettiva).

24 I pannelli solari termici Collettore a Tubi Sotto Vuoto Al fine di ridurre le perdite di calore, gli assorbitori sono inseriti in tubi sotto vuoto. Questi tubi sono simili a dei termos. L entità del vuoto è di importanza decisiva per l interruzione della trasmissione del calore. A seconda delle necessità (ad esempio nel caso di montaggio su facciata), l assorbitore può essere meglio orientato verso il sole, tramite rotazione dei singoli tubi al momento dell installazione.

25 I pannelli solari termici Vantaggi dei tubi sotto vuoto: possibilità di raggiungere temperature di esercizio più alte rispetto a quelle dei collettori piani. Questo può essere utile per la generazione di calore di processo perdite termiche ridotte nei confronti dei collettori piani grazie all eccellente isolamento termico Svantaggi dei tubi sotto vuoto: alte temperature di stagnazione con corrispondente carico su tutti i materiali vicini al pannello e al fluido termovettore formazione maggiore di vapore in caso di stagnazione vantaggi economici solo per temperature di esercizio più alte installazione ad incasso nel tetto non consentita

26 I pannelli solari termici Rendimento di un Collettore Solare Termico Il rendimento di un collettore solare termico (energia assorbita/energia solare incidente) dipende dalla differenza di temperatura tra l assorbitore e l ambiente, per ciascun livello di radiazione. i Il rendimento è tanto t maggiore quanto maggiore è la radiazione i solare.

27 I pannelli solari termici Curva di Rendimento di un Collettore Solare Termico Si può osservare che la curva di rendimento di un collettore solare termico è una linea retta. La differenza tra il valore unitario e l intercetta sull asse delle ordinate rappresenta le perdite ottiche del collettore, e la pendenza le perdite termiche

28 I pannelli solari termici Confronto fra coll. piani e sottovuoto Grafici di efficienza di un collettore solare piano con piastra multicanale a superficie selettiva (al cromo nero) ed un collettore solare a tubi sottovuoto di buona qualità. Sull'asse orizzontale vengono riportati dei valori legati alla temperatura del collettore, alla temperatura esterna ed all intensità della radiazione solare. In particolare si ha: Valore asse = ΔT / G ΔT: differenza fra la temperatura t del collettore e la temperatura ambiente G: radiazione solare incidente sul collettore (in W/m²) Nei grafici di fig. 1 e 2 si nota che per ciascun produttore si riportano due curve. La curva più alta è l efficienza calcolata sulle superfici utili dei collettori, mentre la curva più bassa rappresenta l efficienza calcolata sulle superfici esterne. In entrambi i casi l irraggiamento è pari a 800 W/m².

29 I pannelli solari termici Confronto fra coll. piani e sottovuoto Allo scopo di facilitarne l interpretazione, di seguito vengono riportati due grafici (Grafico 1 e Grafico 2) costruiti mediante sovrapposizione dei due grafici sopra riportati (Fig.1 e Fig.2). Grafico 1: confronto fra le superfici utili dei collettori (1,84 m² per il collettore piano selettivo e 2,02 m² per il collettore sottovuoto). Grafico 2: Confronto fra le superfici esterne dei collettori (1,969 m² per il collettore piano selettivo e 2,78 m² per il collettore sottovuoto). Grafico 1 Grafico 2

30 I pannelli solari termici Confronto fra coll. piani e sottovuoto Dalla sovrapposizione è facile verificare come per bassi ΔT è superiore l efficienza del collettore piano selettivo, mentre per ΔT superiori ai 60 C circa l efficienza maggiore è quella dei collettori solari con tubi sottovuoto. t Ciò significa che i collettori sottovuoto sono più efficienti dei collettori selettivi (nei casi presi a riferimento) dove sono presenti temperature di collettore molto alte e con basse temperature ambiente. Tale condizione si verifica solo in particolari condizioni (per esempio periodo estivo nelle ore centrali della giornata). Il collettore con tubi a vuoto ha quindi un efficienza superiore quando si è in presenza di ottima insolazione (quando cioè c è grande disponibilità di energia solare) a bassa temperatura, mentre nelle condizioni con bassa energia solare, a bassa temperatura, la resa dei collettori piani selettivi è superiore. Ciò sta ad indicare che la caratteristica di selettività dei collettori piani annulla il gap dovuto alla proprietà di minori dispersioni termiche dei tubi sottovuoto. In conclusione si può dedurre che i collettori piani selettivi sono in particolar modo indicati per applicazioni in campo domestico ovvero produzione acqua calda sanitaria, integrazione al riscaldamento a bassa temperatura e mantenimento in temperatura di acqua di piscine

31 Collegamento fra Elementi: I pannelli solari termici in serie: con questo tipo di connessione si ottengono temperature più elevate (minor rendimento energetico) ma si aumentano le perdite di carico; parallelo: minori perdite di carico ma minor aumento di temperatura (maggior rendimento energetico).

32 I pannelli solari termici Sistema di controllo Circolazione naturale: Per quanto riguarda captazione e accumulo, il sistema a circolazione naturale costituisce esso stesso uno straordinario strumento di controllo, non necessitando di alcun dispositivo speciale. Come mostra la figura, nei sistemi i a circolazione i naturale, la variazione i di temperatura del fluido termovettore garantisce un buon procedimento di captazione e accumulo, controllato dall intensità della radiazione solare incidente. Nelle zone soggette a gelo, è possibile utilizzare una miscela antigelo nel circuito primario di un impianto a circuito indiretto (Non ci sono problemi di surriscaldamenti a causa di black out ).

33 I pannelli solari termici Sistema di controllo Circolazione forzata: Quando l impianto è dotato di circolazione forzata, occorre sempre installare un sistema di controllo basato sulla misurazione delle temperature del fluido termovettore, all uscita dei collettori e nella parte inferiore i dell accumulo. l La corretta collocazione del dispositivo iti e la precisione dei due sensori di controllo per la misurazione della temperatura sono di fondamentale importanza. Il sistema di controllo deve comprendere un display che permetta di visualizzare i valori più importanti del funzionamento dell impianto impianto. In ogni caso può essere utile conoscere la temperatura dell acqua sanitaria. Esistono dispositivi di controllo che informano di eventuali guasti dell impianto.

34 Orientamento: I pannelli solari termici

35 I pannelli solari termici Dimensionamento di massima:

36 I pannelli solari termici Dimensionamento di massima: Impianto a circolazione naturale. Esso può essere dotato di circuito indiretto (come quello raffigurato nel disegno) o di circuito diretto, applicabile solo in presenza di una determinata qualità dell acqua e in assenza di rischi di congelamento; Vantaggio principale: più semplice e più economico; Inconvenienti principali: minor grado di integrabilità (e quindi maggior impatto visivo), ii essendo l accumulo l collocato in prossimità dei collettori e generalmente all esterno; minor durata, per via dei minori controlli e del rischio di surriscaldamento in fasi di scarso utilizzo e forte radiazione solare.

37 I pannelli solari termici Dimensionamento di massima: Circuito indiretto (chiuso) e forzato. Poiché il fluido che passa attraverso i collettori è separato dall acqua sanitaria, i vi possono essere aggiunti additivi i antigelo e anticorrosione, per prevenire eventuali danni e garantire una maggiore durata ed affidabilità dell impianto impianto. Gli impianti a circolazione forzata (mediante una pompa) vengono generalmente installati all interno degli edifici (esclusi ovviamente i collettori solari), poiché essendo l accumulo posizionato in un ambiente più caldo e protetto si ottiene l ulteriore vantaggio di ridurre le perdite di calore e di aumentarne la durata; Il sistema ausiliario è connesso in serie con il circuito secondario e viene utilizzato solo in caso di necessità. Trattandosi di una caldaia a combustione, il rendimento finale è maggiore quando il consumo è ridotto

38 Altre applicazioni: Solare e geotermia I pannelli solari termici

39 Altre applicazioni: Solare e dissalazione I pannelli solari termici

40 I pannelli solari termici Sistemi per alte temperature: Si basano sul principio di concentrare l energia solare su collettori in cui passa un fluido termovettore. Le dispersioni termiche si riducono e le temperature che si raggiungono sono tali da poter utilizzare questi sistemi anche per la produzione di energia elettrica. Le tecnologie di concentrazione solare per la produzione di energia elettrica sono largamente collaudate, sopratutto in California, New Mexico e Spagna, attualmente il kwh prodotto ha un costo di 10 centesimi, già più che competitivo con il costo dell'energia elettrica ottenuta dalle fonti esauribili considerando i costi nascosti (costi sanitari, rischi ambientali ecc.) Comunque il progresso di queste tecnologie è notevole e si prevedono in pochi anni costi anche inferiori ai 5 centesimi al kwh. Possono essere utilizzati in campo industriale per la produzione di olio diatermico in temperatura Il componente base delle tecnologie e dei sistemi solari termici a concentrazione è il collettore concentratore, vale a dire un dispositivo in grado di raccogliere e convogliare la radiazione solare verso un ricevitore.

41 I pannelli solari termici Sistemi per alte temperature: In base alla geometria e alla disposizione del concentratore rispetto al ricevitore si hanno i concentratori parabolici lineari, a torre con ricevitore centrale e i concentratori parabolici puntuali o a disco. In termini di prestazioni si può dire che: Sistemi a fuoco puntuale: alti fattori di concentrazione e quindi maggiori temperature (Sistemi a Torre, Sistemi a Disco). Sistemi a fuoco lineare: fattori di concentrazione più bassi e quindi minori temperature, ma maggiore facilità di utilizzo (Sistemi Parabolici, Sistemi Fresnel).

42 Sistemi Disco/Motore: I pannelli solari termici I concentratori parabolici a disco sono unità relativamente piccole caratterizzate dall avere un moto-generatore posto nel punto di fuoco della parabola. Il disco può ruotare secondo due assi per inseguire la posizione del sole Possono montare un moto-generatore che utilizza un ciclo Stirling, o Brayton Ogni unità produce direttamente separatamente dalle altre.

43 Sistemi Disco/Motore: I pannelli solari termici I sistemi Disco/Motore sono sostituiti da un insieme di dischi parabolici (membrane riflettenti piegate o porzioni di specchio) che focalizzano l energia solare su un ricevitore posto nel punto di fuoco della parabola Il fluido nel ricevitore è scaldato fino a temperature di 750 C ed utilizzato per produrre energia elettrica in un piccolo generatore annesso al ricevitore (motori a ciclo Stirling o Brayton) EURODISH - Plataforma Solar de Almería

44 Specchi Parabolici Lineari : I pannelli solari termici Uno specchio parabilico concentra la radiazione solare su un ricevitore posto lungo la linea di fuoco della parabola I tubi del ricevitore sono rivestiti da uno speciale rivestimento selettivo per aumentare il più possibile l assorbimento della radiazione solare (tubo assorbitore in camera a vuoto) Gli specchi sono normalmente progettati per seguire il sole muovendosi lungo l asse nordsud.

45 Specchi Parabolici Lineari : I pannelli solari termici Fattori di concentrazione da 10 a 100 Temperature tipiche del fluido di lavoro attorno ai 390 C Le proiezioni di costo per la tecnologia degli specchi parabolici lineari sono maggiori di quelli per i sistemi a torre o a disco/motore principalmente a causa della minore concentrazione e quindi minori temperature e efficienze ottenibili I collettori parabolici lineari sono la tecnologia solare più matura disponibile oggigiorno e molto probabilmente anche quella che vedrà i maggiori sviluppi nel breve periodo.

46 Specchi Parabolici Lineari : I pannelli solari termici I collettori parabolici lineari sono la tecnologia solare più matura disponibile oggigiorno e molto probabilmente anche quella che vedrà i maggiori sviluppi nel breve periodo. È previsto un aumento della diffusone ed una riduzione dei costi. Grossa incidenza sul costo ce l hanno le strutture di sostegno e tracking Un consorzio Europeo ha sviluppato un collettore di nuova generazione, chiamato EUROTROUGH, che aspira ad ottenere migliori prestazioni e costi migliorando la struttura del collettore.

47 I pannelli solari termici Collettori con Specchi di Fresnel: Approssimazione della parabola degli specchi lineari mediante una serie di segmenti riflettenti opportunamente orientati (in accordo con il principio delle lenti di Fresnel) Si ottiene una riduzione delle prestazioni, ma sopratutto un notevole abbattimento dei costi di realizzazione e manutenzione Per un funzionamento corretto è necessario introdurre un secondo riflettore posto sopra l assorbitore

48 I pannelli solari termici Collettori con Specchi di Fresnel: I principali vantaggi dei collettori a specchi di Fresnel rispetto a quelli parabolici sono: Minore spesa per gli specchi piani e maggiore semplicità del sistema di tracking Tubo assorbitore fisso senza necessità di connettori flessibili ad alta pressione Ridotti carichi dovuti al vento: l ampiezza del riflettore per un assorbitore può essere tre volte quella di uno specchio parabolico I collettori possono essere posti uno a fianco dell altro Riduzione dei costi di circa il 50% rispetto al sistema di specchi parabolici lineari (secondo la Solarmundo).

49 I pannelli solari termici Collettori con Specchi di Fresnel:

50 Tracking: I pannelli solari termici Il sistema di tracking deve variare la posizione del corpo riflettente a seconda della posizione del sole ruotando su due assi (possono essere automatici) Orizzontale: variazione mensile dell altezza massima del sole Verticale: inseguimento del sole durante il movimento diurno Effetto sulle ore centrali del giorno Effetto sulle prime e ultime ore del giorno

51 Possibilità Impiantistiche : I pannelli solari termici L energia da fonte rinnovabile deve avere i seguenti requisiti: Deve essere affidabile: deve essere possibile produrre la potenza che l utilizzatore lo richiede Deve essere disponibile: deve essere possibile produrre potenza quando l utilizzatore lo richiede Questi presupposti si accoppiano male con la natura variabile della fonte solare. Per ovviare a questo problema è necessario predisporre degli accumuli o ibridizzare il sistema con sistemi tradizionali. In questo modo è possibile utilizzare la fonte solare per produrre energia elettrica in modo In questo modo è possibile utilizzare la fonte solare per produrre energia elettrica in modo utilizzabile

52 Possibilità Impiantistiche : I pannelli solari termici Il sistema più adottato è costituito da serbatoi di sali fusi (nitrati di sodio e potassio) i quali hanno la proprietà di essere dei pessimi i conduttori di calore e quindi lo trattengono fino al momento del suo prelievo per le necessità richieste dal sistema. L unico vincolo è che il sale deve sempre essere mantenuto al disopra del punto di fusione (220 C): si utilizzano due serbatoi a due temperature differenti sempre sopra i 220 I costi dei serbatoi di accumulo a sai fusi sono molto interessanti: attualmente circa 35 al kwt con una prospettiva di arrivare a soli 10 al lkwt L'energia può essere però immagazzinata anche mediante un serbatoio di calore costituito da semplice ghiaia i e sassi.

53 Possibilità Impiantistiche : Integrazione solare I pannelli solari termici

54 I pannelli solari termici Possibilità Impiantistiche : CC Integrazione solare per dissalazione e produzione energia elettrica A 1 B SH A 15 2 bar 380 C Campo Solare C D E EV A ECO A SH B bar C MSF 13 Fresh Water Spill_in Brine Sea Water F EV B 5 bar ECO B Spill_out G 9 1,5 bar PP STACK

55 Possibilità Impiantistiche : I pannelli solari termici Concentrazione solare per dissalazione OR e MD CAMPO SOLARE ACCUMULO TERMICO CICLO O.R.C. ~ SALI FUSI CIRCUITO Sali fusi CALORE REFLUO DISTILLAZIONE A MEMBRANA OSMOSI INVERSA ACQUA DISSALATA ACQUA DI MARE SCHEMA DI PRINCIPIO

56 Possibilità Impiantistiche : I pannelli solari termici Concentrazione solare per integrazione nell industria tessile.

57 I pannelli fotovoltaici L'effetto fotovoltaico consiste nella trasformazione della luce in energia elettrica. Esso è noto fin dal secolo scorso, quando si scoprì che era possibile trasformare direttamente l'energia solare in energia elettrica tramite una cella elettrolitica senza passare per processi termodinamici. Esistono due tipi i di sistemi i fotovoltaici: i senza accumulo: sono normalmente utilizzati per fornire energia a una rete elettrica già alimentata da generatori convenzionali e servono ad immettervi altra energia con accumulo: provvisti di batterie (normalmente piombo-acido) per "mettere in serbo", durante le ore di sole, l'energia elettrica da utilizzare poi durante la notte e quando il sole è coperto. Un regolatore di carica impedisce che la tensione di carica superi un certo valore per salvaguardare l'integrità degli accumulatori. Gi impianti con accumulo sono impiegati nelle utenze isolate.

58 I pannelli fotovoltaici Unità elementare dei pannelli: la cella Superficie = 100 cm2 Tensione a circuito aperto = 0,6 V Potenza = 1-2 W Tante celle vengono unite per formare un modulo; più moduli, un array. Il modulo è coperto da un vetro per proteggere le celle. Le celle sono collegate in serie e in parallelo tra di loro

59 I pannelli fotovoltaici Si ha generazione di corrente continua (può essere necessario un inverter per passare alla corrente alternata) Le maggiori perdite sono legate a: copertura dei moduli, riflessone, riscaldamento Esistono pannelli piani ed a concentrazione Le celle possono essere: Monocristalline: reticolo continuo Policristalline: reticolo interrotto in grani Amorfe: (deposizione catodica del silicio su supporto di vetro

60 I pannelli fotovoltaici La maggior parte delle celle fotovoltaiche attualmente in commercio è costituita da semiconduttori in silicio perché : Disponibilità praticamente illimitata (è il secondo elemento più abbondante sulla terra) Largo utilizzo nell industria elettronica: i processi tecnologici di raffinazione, lavorazione e drogaggio sono bene affinati Possibilità di riciclare gli scarti dell industria elettronica in quanto l industria fotovoltaica tollera concentrazioni di impurità tipicamente di (contro valori di tipici per applicazioni nell industria elettronica)

61 I pannelli fotovoltaici I pannelli fotovoltaici si dividono in tre tipi a seconda della tecnologia I pannelli fotovoltaici si dividono in tre tipi, a seconda della tecnologia utilizzata per realizzare la cella in silicio:

62 I pannelli fotovoltaici Le prestazioni del pannello dipendono dalla temperatura ambiente e Le prestazioni del pannello dipendono dalla temperatura ambiente e dall irraggiamento: la temperatura influenza la caratteristica del semiconduttore mentre l irraggiamento definisce l energia che colpisce la superficie della cella.

63 I pannelli fotovoltaici Caratteristica Elettrica (I-V) in funzione della Temperatura I [A] CORRENTE DI CORTOCIRCUITO I CC (V=0) TENSIONE A VUOTO V 0 (I=0) C -20 C 0 C 20 C 40 C 60 C V [V]

64 I pannelli fotovoltaici Caratteristica Elettrica (I-V) in funzione della Radiazione Solare I [A] W/m W/m W/m W/m W/m W/m Caratteristica I-V di un modulo 0.5 commerciale da 50Wp a V [V]

65 I pannelli fotovoltaici Caratteristica I-V di una Cella Solare ed andamento della Potenza I [A] 1.00 I m Caratteristica I-V P [W] Punto di massima potenza P m = V m I m Andamento della potenza P= V I V 0.60 V [V] m

66 I pannelli fotovoltaici Pannelli fotovoltaici a concentrazione: Concentrare la radiazione solare su una superficie di celle solari ha il vantaggio, oltre che economico di dover utilizzare meno celle a parità di energia, di farle funzionare ad un punto di rendimento più alto, a patto che vengano raffreddate. Mentre un pannello piano raggiunge temperature nell ordine dei 60, concentrazioni nell ordine dei 10X farebbero salire la temperatura fino a valori intollerabili dalla cella. Le celle comunemente in commercio monocristalline sopportano concentrazioni fino a 16x. Esistono celle molto più costose, dette a tripla giunzione, che reggono fino a 1000x e p, p g, gg temperatura di funzionamento di 200 C.

67 I pannelli fotovoltaici Il sistema fotovoltaico è composto da vari elementi, di cui il pannello il silicio è la parte essenziale per il funzionamento, ma da solo non rappresenta l impianto. I componenti principali dell impianto sono: Pannello o campo fotovoltaico Sistema di inseguimento solare (dove presente) Inverter Sistema di accumulo (batterie)

68 Altre applicazioni: I pannelli fotovoltaici Sistema stand alone per dissalazione

69 POR FSE OBIETTIVO 2 FSE ASSE V TRANSNAZIONALITA INTERREGIONALITA Circondario Empolese Valdelsa con Provincia di Prato, Azienda USL 11-Empoli, Istituto Superiore Ferraris- Brunelleschi di Empoli, PINScrl, Ui Unione Id Industriale il Pratese Servizi, i FILSpA, SOPHIA, coordinato da Agenzia per lo Sviluppo Empolese Valdelsa SOLARE Grazie per l attenzione Ing. Simone Paganelli