| Impianti fotovoltaici
La tecnologia fotovoltaica consente la conversione
diretta dell'energia solare in energia elettrica. La
conversione avviene per mezzo di celle fotovoltaiche
che devono essere collegate elettricamente tra loro
a formare i moduli che dovranno essere orientati
quanto più possibile perpendicolarmente alla
radiazione solare. I moduli fotovoltaici possono
essere usati sia singolarmente (un modulo da 36
celle può caricare una batteria da 12 V) che
collegati tra loro in serie e parallelo così da
formare stringhe e campi fotovoltaici. Il motivo per
cui la maggior parte dei moduli fotovoltaici
commerciali è composta da 36 celle in serie dipende
dalle prime applicazioni che vedevano questi
dispositivi collegati stabilmente ad accumulatori al
piombo al fine di assicurarne un buon stato di
carica. A tutt'oggi, in relazione alle esigenze di
applicazioni anche per grandi potenze, l'industria
fotovoltaica realizza moduli commerciali di potenza
ed area doppia (72 celle, circa 130W). L'energia
prodotta da un generatore fotovoltaico viene solo
raramente utilizzata direttamente dalle utenze
elettriche collegate. In genere, invece, tra
produzione e utenza sono interposti dispositivi e
circuiti con funzioni elettriche ben precise. Per
compensare l'aleatorietà della fonte solare rispetto
alle richieste di un carico elettrico si fa ricorso
all'uso di batterie di accumulatori. Quando poi,
infine, è necessario disporre di energia elettrica
sotto forma di corrente alternata a 230V monofase o
400V trifase con caratteristiche del tutto analoghe
alle forniture in bassa tensione esercitate dalle
società distributrici di energia elettrica,
l'utilizzo di convertitori statici o inverter è una
strada obbligata. In alcuni casi provvedono ad
effettuare anche il parallelo delle stringhe
fotovoltaiche e ad acquisire dati di funzionamento
gestendone la trasmissione verso un computer di
controllo. Va inoltre ricordato che, in alcuni casi,
gli impianti fotovoltaici possono interagire con
altre fonti energetiche rinnovabili (ad esempio nel
caso degli impianti eolico/fotovoltaici) e/o
avvalersi di gruppi elettrogeni tradizionali per far
fronte a lunghi periodi di maggior consumo e minore
produzione. Le prestazioni, i componenti impiegati e
la taglia dei sistemi fotovoltaci dipendono dalle
specifiche applicazioni, ma sono in linea di massima
raggruppabili in due macro-categorie
Schema generale
Se il
sistema non fa parte di una rete impiantistica più
complessa (sistemi integrati) le tipologie
d’impianto possono essere di due tipi:
- Sistema Isolato (Stand – alone)
[Consumo medio o basso consumo] (utilizzo di
batterie d’accumulatori per aumentare l’autonomia);
- Connessione in rete (Grid – connected)
(inserimento in parallelo con la normale rete
elettrica).
Esempi applicativi del primo caso sono:
- Pompaggio dell’acqua;
- Autonomia elettrica delle abitazioni
isolate;
- Alimentazione di stazioni radio, di
stazioni di rilevamento e trasmissioni dati, di
apparecchi telefonici, ecc;
- Carica di batterie;
- Impianti di potabilizzazione
dell’acqua;
- Segnaletica stradale e boe marittime.
Esempi applicativi del secondo caso sono:
- Sistemi fotovoltaici integrati negli
edifici civili e industriali;
- Centrali di generazione dell’energia
elettrica.
I vantaggi e gli svantaggi, di
tale sistema possono essere classificati, quali:
produzione di energia elettrica, energia questa di
alto valore che può essere impiegata in modi molto
diversi
- assenza di combustibile-
miglioramento dell'ambiente, in quanto non avviene
la produzione di rumori, sprechi, emissioni o
dispersioni di calore
- modularità dei sistemi, che
permette l'installazione di questi in piccole unità,
in prossimità al punto di consumo dell'energia
- tecnologia collaudata e matura in uso da 30
anni, e tra le tecnologie energetiche più
promettenti del futuro;
- è necessario un utilizzo
diffuso negli edifici al fine di dare una produzione
significativa di energia - possibile miglioramento
delle condizioni di vita delle popolazioni rurali
del Terzo Mondo
- modularità del sistema
- versatilità
- assenza di parti in movimento, che
consentono ridotte esigenze di
manutenzione
- facilità di integrazione nel
contesto urbano.
L'applicazione però, che sembra
essere più promettente, è quella dell'integrazione
del fotovoltaico negli edifici.Infatti, i moduli
fotovoltaici integrati in un edificio non richiedono
spazio addizionale, riducendo quindi costi e
utilizzo del suolo, qualora vengano veramente
integrati in un edificio, ad esempio una facciata
fotovoltaica, gli elementi convenzionali
dell'edificio possono essere omessi. Un inserimento
degli elementi ben progettato architettonicamente
può migliorare l'aspetto dell'edificio, e allo
stesso tempo può rappresentare una caratteristica
pregevole, dal punto di vista estetico. Generalmente
un edificio con elementi fotovoltaici integrati è
immediatamente percepibile, stimolando spesso
discussioni e imitazioni. L'uso di sistemi
fotovoltaici in un edificio è un'affermazione molto
visibile dell'interesse dei proprietari verso i temi
del risparmio energetico e della difesa
dell'ambiente. A questo proposito i moduli
fotovoltaici possono essere impiegati per:
- copertura di tetti
- rivestimenti di facciate (in
restauro e rinnovo ad esempio)
- elementi montanti e traverse o
facciate continue
- elementi di schermatura dal sole
quali pensiline poste davanti alle
finestrature
- schermatura solare per lucernari
- pensiline per parcheggi
- sistema di alimentazione per
apparecchiature isolate
- possono essere presi in
considerazione al fine dell'installazione di
elementi
fotovoltaici, vaniscala, ascensori e
pareti senza finestre.
L'integrazione e il rendimento
energetico vengono ottimizzati nel momento in cui
l'implementazione dei sistemi fotovoltaici è
prevista sin dalla fase di progettazione
dell'edificio e se è disponibile un'area inclinata e
senza ombre.
Lo Studio offre consulenza, studi di fattibilità
e progettazioni esecutive di impianti Fotovoltaici
Stand – alone o Grid – connected per ogni tipo
d’applicazione civile o industriale.
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Impianti solari termici
Il Sole riversa sulle terre emerse una energia
radiante pari a circa 19 mila miliardi di Tep che
l’uomo ha imparato ad utilizzare, tecnologicamente
parlando, solo da pochi anni. Alcuni sistemi, come
quello fotovoltaico, sono più complessi e servono a
produrre energia elettrica, altri più semplici, sono
i pannelli solari termici. Banalmente questi
pannelli fanno, in maniera più efficiente e
tecnologicamente avanzata, quello che il sole fa
quando, in un giardino, riscalda fino a 50° -
60° l’acqua rimasta all’interno di un tubo per
l’innaffiamento. Il pannello solare (o collettore)
serve a catturare l'energia che giunge dal sole per
produrre acqua calda ad una temperatura che può
raggiungere i 60-70 °C. questa viene accumulata in
un apposito serbatoio in modo da poter essere
utilizzato per gli usi sanitari. Malgrado le
varianti costruttive dei collettori si possono
individuare le seguenti parti:
- pannello solare, simile ad un
radiatore che permette di trasferire il calore
assorbito dal sole all'acqua del serbatoio
riscaldandola
- il serbatoio di accumulo
dell'acqua riscaldandola con l'aggiunta
eventualmente di una pompa per la circolazione
forzata dell'acqua
- i collegamenti e tubazioni
idrauliche del circuito
- la staffe metalliche di montaggio
per la posa in opera.
Le differenze (tecnologiche, di
materiali impiegati, di costo, etc) sono originate
dall'adattamento della tecnologia alle diverse
necessità degli utenti ed anche alle diverse
condizioni di installazione e di impiego: sono così
disponibili pannelli sottovuoto, pannelli solari
vetrati, pannelli vetrati ad aria calda, pannelli
scoperti. Tutto questo è possibile e lo Studio offre una
consulenza sui possibili impieghi del solare termico
e una progettazione con soluzioni impiantistiche
adeguate alla maggior parte dei problemi d’impiego
pratico.
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Idrogeno
Nei prossimi
decenni il consumo energetico mondiale aumenterà in
modo impressionante. Per far fronte ad un tale
incremento si farà sempre più ricorsoalla fonte
fossile, che coprirà anche nei prossimi decenni più
dell’80% dell’energia primaria mondiale. Tuttavia i
giacimenti di gas naturale e di petrolio continuano
a diminuire e con il trascorrere del tempo si
esauriranno. Ciò porterà ad un continuo aumento dei
prezzi di queste energie primarie. Il dibattito
relativo all’impatto ambientale (effetto serra,
piogge acide) connesso all’impiego di combustibili
fossili è ormai aperto da tempo. È probabile ed
auspicabile che le fonti rinnovabili, come
l’idroelettrico, e le nuove fonti rinnovabili, come
il solare termico, il solare fotovoltaico, l’eolico,
la biomassa e la geotermia, assumeranno nel corso
dei prossimi decenni un’importanza sempre maggiore.
Molte persone si chiedono perché non usare
l’idrogeno come fonte di energia pulita giacché la
sua combustione produce semplicemente acqua. Tale
entusiasmo va subito ridimensionato: l’idrogeno non
è una fonte energetica primaria, ovvero non è un
combustibile che si trova allo stato “libero” in
natura. Esso deve essere prodotto a costo di energia
e denaro, attraverso l’elettrolisi o la
trasformazione di altre fonti energetiche primarie.
Pertanto, quando si parla di un prodotto o di un
servizio, l’intero ciclo energetico deve essere
considerato. L’idrogeno è infatti solo un anello di
una catena. Per elettrolisi si intende molto
brevemente, la scissione dell’acqua (H 2O)
nelle sue componenti idrogeno (H2) e ossigeno (O2)
tramite energia elettrica. La scissione (rendimento
= 70%) di un litro d’acqua richiede per esempio
circa 6.3 kWhel di energia elettrica. Il contenuto
energetico dell’idrogeno così prodotto (circa 1.3
m3) corrisponde approssimativamente a 4.41 kWh di
energia chimica. Volendo nuovamente ricavare energia
elettrica da 1.36 m3 di idrogeno con l’impiego di un
ciclo combinato (turbina a gas e turbina a vapore)
oppure di una cella a combustibile si otterrebbero
circa 2.2 kWhel di energia elettrica
I numeri appena riportati potrebbero far apparire
molto discutibile e poco conveniente la tecnologia
dell’elettrolisi per la produzione di idrogeno. In
realtà, il procedimento sopra descritto può essere
interessante a determinate condizioni. Si pensi
all’utilizzazione di energia idroelettrica in estate
(basso costo, abbondanza) e allo sfruttamento
dell’idrogeno immagazzinato in inverno. In questo
caso, l’analisi potrebbe risultare più favorevole
sia dal punto di vista economico che da quello
ecologico. In questo settore lo Studio è impegnato
nella prototipazione di uno scooter elettrico che
utilizza come vettore energetico proprio l'idrogeno
con prestazioni superiori ad un normale mezzo dotato
di motore endotermico. In particolare si è previsto
un azionamento tramite due mori elettrici (uno per
ogni ruota) gestiti tramite un'unica scheda di
controllo. A breve saranno disponibili sul sito
alcune foto di particolari costruttivi di tale
prototipo, sperando inoltre in una futura
commercializzazione a prezzi competitivi rispetto ai
tradizionali mezzi endotermici.
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Edifici passivi
L’edificio è visto come un tutto unico nel quale
i singoli elementi murature esterne e interne,
copertura e solai, finestre collaborano al
raggiungimento del comfort termico e del benessere
degli abitanti, sfruttando la fonte di energia
gratuita per eccellenza: il sole. Per ottenere
questi risultati non sono necessarie impegnative
opere di impiantistica o chissà cos’altro, basta
semplicemente costruire l’edificio con materiali
adatti, ben disporlo rispetto ai punti cardinali e
studiare con attenzione la distribuzione degli spazi
interni.
Il riscaldamento e il raffrescamento con i
sistemi solari passivi si può ottenere mediante:
- I sistemi a guadagno diretto.
- I sistemi a guadagno indiretto: La
parete ad accumulo; La parete solare a termocircolazione.
- I sistemi a guadagno semidiretto: le
serre.
- I sistemi a guadagno isolato:
Collettori d’aria; Collettori ad acqua; Il sistema
solare o sistema Barra – Costantini;
- I sistemi naturali di raffrescamento.
Interventi sugli edifici finalizzati al
risparmio energetico
Analisi delle dispersioni energetiche dalle
strutture perimetrali disperdenti opache e vetrate
propedeutiche alla proposta di interventi volti ad
aumentare il grado di isolamento termico
dell’abitazione (coibentazione).
Analisi degli impianti energetici esistenti e
interventi di recupero e ottimizzazione energetica.
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