Solare termico:stato dell arte e applicazioni Monza, Associazione industriali Monza e Brianza 20 Giugno 2008 Luca Colasuonno, Dip. Energia Politecnico di Milano Luca.colasuonno@polimit.it 02 2399 3865
MERCATO E POTENZIALE
Mercato europeo Il mercato del solare termico nell U.E. Fonte: ESTIF
Mercato italiano Il mercato Italiano Fonte: Centro studi Solarexpo
Mercato italiano: produzione industriale circa 60 aziende solari Piccole e medie imprese Entrano sul mercato grossi gruppi 20 30 % made in Italy
Mercato italiano: considerazioni Enorme crescita negli ultimi 10 anni (+20 % annuo negli ultimi 6) Più del 95% del mercato è rappresentato da impianti di piccole dimensioni (<20m 2 ) per utenze Prospettive: QUANTITATIVE Ulteriore crescita del mercato QUALITATIVE Incognita importante Industria 2015 Obbligo 50% ACS (Dlgs 311/07): se atteggiamento proattivo può essere molto importante a livello energetico contributo insignificante
IMPIANTI ACS
ACS per condomini, Barcellona (ES) Fonte: BCN Cambra Logica SL
ACS per condomini, Barcellona (ES) Fonte: BCN Cambra Logica SL
Fonte: BCN Cambra Logica SL
ACS per condomini: Brescia (ALER) Fonte: Metec Engineering
Fonte: Metec Engineering
Fonte: Metec Engineering
IMPIANTI COMBI (ACS e riscaldamento ambienti)
Impianti combi: fabbisogno di calore Edificio residenziale 240m 2 energia per ACS, riscaldamento e radiazione solare su una superficie inclinata Fonte: Ambiente Italia
Progettazione integrata
Condizioni necessarie per l uso di impianti solari combinati
Impianto solare combinato Fonte: AEE INTEC
Fonte: AEE INTEC
Fonte: AEE INTEC
Fonte: AEE INTEC
Impianto solare combinato Fonte: AEE INTEC
Fonte: AEE INTEC
Fonte: AEE INTEC
Impianto combinato Cascina Paraccia (TO) Ac = 23 m 2 Vs = 2000 l per il riscaldamento dell acqua sanitaria e degli ambienti risparmio energetico 28 %, 1350 l GPL Produttore: Sonnenkraft Ambiente Italia
domanda calore ed energia solare disponibile 3000 [kwh/month] Radiazione in eccesso Domanda in eccesso 3000 Energia solare utilizzabile Irraggiamento Consumo di riferimento 2500 2500 2000 2000 1500 1 1 1500 3 1000 1000 500 2 500 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 0 Source: TU-GRAZ
Impianti di raffrescamento solare: SOLAR COOLING
Esempio profili annuali Esempio: Esempio: Edificio Edificiouffici Madrid Madrid
Sistemi Solar Cooling : schema generale Acqua refrigerata Calore Processo alimentato termicamente Aria condizionata Produzione di freddo a partire da una sorgente di calore Possibilità di produzione di acqua e/o aria condizionata per sistemidi climatizzazione invernale/estiva centralizzati Maggiore complessità rispetto a sistemi tradizionali di conseguenza si rende necessaria l adozione di strumenti progettuali adatti
COP di gruppi refrigeranti ad acqua 1.80 1.60 1.40 1.20 ideale * 0.5 2-effetto assorbimento COP 1.00 0.80 0.60 0.40 1-effetto assorbimento temperatura acqua refrigerata: 8 C temperatura acqua di raffreddamento: 28 C 0.20 0.00 adsorbimento 45 60 75 90 105 120 135 150 Temperatura di alimentazione [ C]
Efficienza globale del solar cooling 0.80 0.5 * COP ideale 2 Esempio Collettori piani con superfice selettiva Radiazione 1000 W/m 2 COP = 0.5 *COP ideal COP sol = COP termico * η collettore eta, COP solar 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 Massimo COP sol 0.20 Collettore 0.4 0.10 COPsol COP 0.00 0 60 80 100 120 140 160 180 200 Temperatura di funzionamento [ C] 1.6 1.2 0.8 COP
Tecnologie disponibili sul mercato Cicli chiusi Produzione acqua refrigerata Cicli aperti Condizionamento aria diretto Tipo di sorbente solido liquido solido liquido Tipici materiali in uso Tecnologie disponibili sul mercato Potenza frigorifera [kw] Produttori Efficienza (COP) Tipiche temperature di alimentazione Acqua - Silicagel, 1) Ammoniaca Sali A. Macchine ad Adsorbimento Acqua - LiBr Ammoniaca - acqua Macchine ad Assorbimento Acqua - Silicagel, Acqua Cl di Litio Raff. Evaporativo con Ad-assorbimento 7-430 kw 4.5 kw fino >5 MW 20 kw - 350 kw (pro Modul) 2 produttori giapponesi USA, Asia; solo poche piccola capacità 0.3-0.7 0.6-0.75 (1-effetto) < 1.2 (2-effetto) 60-95 C 80-110 C (1-effetto) 130-160 C (2-effetto) ca. 5 produttori di rotori; molti UTA 0.5 fino >1 fino >1 45-95 C - - 45-70 C Tecnologie solari CTE, CP CTE, coll. a concent. CP, CA CP, CA Acqua Cloruro di Calcio Acqua Cloruro di Li
Sarantis - Condizionamento dell aria industria cosmetici Campo collettori piani: 2700 m 2, 1890 kw th 2 macchine ad adsorbimento 350 kw potenza frigorifera ognuna 3 macchine a compressione 350 kw ognuna Condizionamento dell edificio di produzione di un industria di cosmetici sito: Inofita Viotias (appr. 50 km nord-est di Atene) T H (Temp. di alimentazione) =60-90 C, SF=66%, producibilità specifica = 637 kwh/m 2 Attualmente il più grande impianto al mondo Peculiarità : strategia di controllo orientata al risparmio di energia elettrica attraverso il solar cooling
Condizionamento dell aria clinica universitaria di Friburgo (Germania)
Condizionamento dell aria clinica universitaria di Frigurgo sito: Friburgo (Germania) Edifici: clinica universtaria di Friburgo, area degenze e laboratori Collettori tubi evacuati 170 m 2 1 Macchine ad adsorbimento (potenza frigorifera 70 kw) Backup Elettrico: 30 kw Torre evaporativa 220kW
Raffrescamento cantina Banylus (Francia)
Raffrescamento cantina vinicola Collettori tubi evacuati: 130 m 2 Macchina ad assorbimento da 52 kw no sistema back-up Raffrescamento cantina d invecchiamento (circa 3 million bottles) con 3 Unità trattamento aria da (25.000 m 3 /h air flow) sito: Banyuls (sud Francia) Uno dei sistemi piu vecchi; in funzione da piu di 13 anni senza problemi solar autonomous e no serbatoio solare ==> volano termico sul carico
Condizionamento dell aria macchina edificio uffici Pristina (Kosovo)
Condizionamento dell aria macchina edificio uffici Installazione Solid (AT) sito: Pristina (Kosovo) Edificio uffici della European Agency for Recostruction Collettori piani 227 m 2 2 Macchine ad assorbimento a singolo effetto (potenza frigorifera 35 kw, prod. Yazaki) Backup Elettrico: 30 kw Torre evaporativa 220kW
Condizionamento sala seminari Friburgo (Germania)
Condizionamento sala seminari Collettori solari ad aria come unica fonte di calore: 100 m 2 Sistema DEC (10.200 m 3 /h) con rotore al gel silicato no sistema back-up Condizionamento sala seminari (piccola sala riunioni) presso l edificio della camera di commercio di Friburgo/ Germania Sistema solare semplificato e semplice integrazione con l impianto di condizionamento no back-up, no serbatoio Schema promettente per edifici con alta correlazione tra carichi di condizionamento e radiazione solare
Condizionamento dell aria in un Hotel Dalaman (Turchia)
Condizionamento dell aria in un Hotel collettori PTC producono calore a 180 C (T H ): 180 m 2 aperture area Macchine ad assorbimento a doppio effetto (potenza frigorifera 116 kw, 4 bar vapor saturo; COP > 1.2) Condizionamento hotel e fornitura vapore alla lavanderia dell albergo back-up con boiler LPG a vapore sito: Dalaman (Turchia) Primo sistema con macchina a doppio effetto Alta efficienza di conversione Sistema interessante per siti con alta radiazione solare
Sistemi di piccola capacità: pilota per utenze monofamilare Condizionamento di un edificio test: pavimenti e pareti radianti, fan-coils sito: Milano Campo collettori CPC : 19.8 m 2 1 macchina ad assorbimento 4,5 kw potenza frigorifera (più piccola attualmente sul mercato) Volume di accumulo 1500l Possibilità di alimentazione diretta della macchina
APPLICAZIONI INDUSTRIALI
QUALI APPLICAZIONI? Temperatura 30 250 C Pre riscaldamento Lavaggi e bagni Essicazione Pastorizzazione Sterilizzazione Reazioni chimiche Riscaldamento e raffrescamento degli stabilimenti IEA-SHC, Task 33
Settori produttivi d interesse 100% 90% 80% 70% Alta T (>160 C) Media T (<160 C) Bassa T (<60 C) 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% IEA-SHC, Task 33 Alimentari Vino e bevande Carta Tessile Birra
ESEMPI di IMPIANTI REALIZZATI in EUROPA Paese: Germania Settore produttivo: agroalimentare Temperatura di processo: 30-90 C Superficie dei collettori: 150 m² (piani vetrati) Anno di realizzazione : 2003 Fonte: ZAE BAYERN (Germania) IEA-SHC, Task 33
ESEMPI di IMPIANTI REALIZZATI in EUROPA Castellbisbal, Barcellona, Spagna Realizzazione: Aiguasol (Spagna) Anno di realizzazione : giugno 2004 Applicazione: pre-riscaldamento acqua per lavaggio container Temperatura di processo: 70-80 C Domanda per ACS (46% del consumo termico totale): 1990 MWh/anno IEA-SHC, Task 33
Campo solare: 357 kw ( 510 m 2 ) Collettori piani vetrati selettivi (6 m 2 ) Inclinazione: 20 º (/oriz.) Orientamento: 24 º (SE) Volume di accumulo: 50 m 3 (+ 3 m 3 ) Low flow: 15 l/ m 2 h Sistema ausiliario: generatore di vapore (gas naturale) Sistema di telemonitoraggio e telecontrollo
IMPIANTI IN FUNZIONE in ITALIA RADICI Tappeti Località: Benevento Settore industriale: tessile Applicazione: riscaldamento degli ambienti e preriscaldamento dell acqua destinata alla produzione di vapore per la stiratura dei tappeti Superficie dei collettori: 270 m 2 (piani vetrati) Sistema di accumulo: 4.000 l Rendimento: 168.000 kwh (periodo invernale) Rendimento specifico: 622 kwh/m2 a Sistema di monitoraggio Costo dell impianto: 110.000 (cofinanziamento Legge n. 488 ) Realizzazione: Costruzioni Solari Anno di realizzazione : 2004 IEA-SHC, Task 33
IMPIANTI IN FUNZIONE in ITALIA Consorzio Mario Negri Sud Località: Provincia di Chieti Settore industriale: Farmacologia e Biomedica Applicazione: ACS e riscaldamento per foresteria; lavaggio gabbie Superficie dei collettori: 144 m 2 Sistema di accumulo: 8.000 l Rendimento: 111.000 kwh/a Rendimento specifco: 793 kwh/m2 a Costo dell impianto: 105.000 (co-finanziamento MATT) Realizzazione: Costruzioni Solari Anno di realizzazione : 2004 IEA-SHC, Task 33 (piani vetrati)
IMPIANTI IN FUNZIONE in ITALIA Caseificio I.L.C. MANDARA SPA Località: Mondragone (Caserta) Settore industriale: Caseificio Applicazione: pre riscaldamento Superficie dei collettori: 112 m 2 (piani vetrati) Sistema di accumulo: 6.000 l (+ 3.000 l recupero condensa) Costo dell impianto: 58.400 (517 /m2) Realizzazione: Camal Srl Anno di realizzazione : 2003
MEVGAL, Caseificio, Thessaloniki (GR) Applicazione: pre riscaldamento del fluido di alimento del generatore di vapore una della industrie casearie più grandi in Grecia 727 m 2 di collettori (selettivi, piani e CPC) Fabbisogno giornaliero acqua calda: 75 m3 Accumulo di energia = 10 m3 Guadagno solare: 270 MWh/anno Altri interventi: recupero del calore dai fumi di scarico Prezzo del kwht pari al prezzo del combustibile fossile più conveniente Anno di realizzazione : 1999
INTEGRAZIONE RETI DI TELERISCALDAMENTO
Stadio Arnold Schwarzenegger Graz (AT) Utilizzo: supporto alla rete di teleriscaldamento della città Impianto pilota: 1407 m² Source: SOLID c.holter@solid.at Accumulo ridotto minima potenza di picco richiesta 10 MW, massima potenza solare circa 1MW guadagni di energia: 560-600 MWh all anno. emissioni evitate: 250 ton CO 2 all anno contratto di 15 anni, prorogabile
260 + 150 m2 Nessun accumulo solare Installazione diretta sul ritorno della rete Solid
Solid
Teleriscaldamento Marstal (Aeroe DK) 1316 edifici serviti temperature di funzionamento, 46-72 C 18 365 m 2 di collettori installati Energia risparmiata: > 450 kwh/m 2 /a Frazione di copertura solare: f=30%
COMPONENTI PER SISTEMI AD ALTA FRAZIONE SOLARE
ACCUMULI STAGIONALI
ACCUMULI STAGIONALI Solites
Collettori ad alta efficienza IEA-SHC, Task 33
Collettori ad alta efficienza IEA-SHC, Task 33
COSTI
Collettori solari: costi source: H.M. Henning
TLR con accumulo stagionale: ipotesi di costo ZAE BAYERN
Solar cooling: Scenari di costo Parametri di costo - elettricita: 10 - cent/kwh; 75 /kw - Combustibile fossile: 5 -cent/kwh - Collettore solare: 300 /m 2 - durata: 15 a (20 a) - Tasso interesse: 6 % Costi annual annuali; cost, % % rispetto of reference a riferimento 150% 140% 130% 120% 110% 100% 90% 80% 70% con finanziamento 100 /m 2 Attuale situazione costi Madrid, small office, fpc/abs/th Madrid, large office, fpc/abs/th Freiburg, large hotel, fpc/abs/el 60% 100% 120% 140% 160% 180% 200% 220% 240% 260% 280% Costi investimento; first cost, % % rispetto of reference a riferimento
MEMO
Andamento annuale della radiazione globale su superfici inclinate Fonte: Target/ISFH
Percentuale di irraggiamento al variare dell orientamento e dell inclinazione del collettore Fonte: Target/ISFH