I.I.S. Gaetano De Sanctis -Roma

Energie rinnovabili per il Liceo G. De Sanctis sede di

Via Gallina

HYDROPOWER

It generates electricity using

water

HYDRO PLANT SYSTEM

HYDROPOWER PLANTS IN ITALY

CENTRALE ACQUORIA(Tivoli, RM)

This was the first alternate energy hydropower plant, It started producing energy to Rome in July 1892.

ADVANTAGES• It is a renewable energy

source. • The water used is free.• When the electricity is

generated, no greenhouse gases are produced.

DISADVANTAGES• The dam is expensive to

build. • By building a dam, the

nearby area has to be flooded and this could affect nearby wildlife and plants.

• If it does not rain much we may not have enough water to spur the turbines.

THE AEOLIC ENERGY

It is obtained from the conversion of the kinetic energy of the wind.

No pollution

Cheap

Ever lasting

ADVANTAGES

Wind energy

is one

of the

cheapest

renewable

energy

technologies

avalaible

today

Aereogenerators

can be built

everywhere

Before

Visual impact

After

Wind-farm and the environment

Before

DISADVANTAGES

Effects on fauna:the slowly rotating blades can kill birds

Wind farms are often located in remote areas far from the

cities where electricity is needed

Watch the dimensions of the

house compared to the height of the

wind turbines

Wind farms require a higher initial investment than fossil fuelled generators.

The wind is variable and if it is not blowing, no electricity is generated

Solar energy is the energy of sunlight collected and used to provide electricity, to

heat water and to heat or cool homes, business or industry.

SOLAR

ENERGY

IN ITALYIn Italy we use solar energy because sunlight is a clean, renewable source of energy. It can be maintained because

the sun shines almost every day.

PROS AND CONSWe can’t just live on solar energy because it’s renewable but

not always available. Depending on the season and the times of the day: the energy produced can be varied.

NIGHTDAY

It’s clean,

free

everlasting

Negative visual impact

How much do solar panels cost?

A very important disadvantage for solar panels is the cost: in Italy they can cost up to 10 thousand euros, it is a very high price but it has improved; in 2005 it could have cost up to 20 thousand euros!

The solar panels which are producedin Italy are more expensive than the ones made in China or in America.

Italian sources of solar energy

What Italy lacks in size, it certainly makes up for in solar power. In fact, it’s on the verge of surpassing the U.S. in total installed solar PV capacity.

The 42 photovoltaic panels installed on our school roof produce 6Kwp and they cover one third of the school energy

requirements

Photovoltaic Panels in our school

La sede di Via GallinaLa sede del nostro liceo

situata in via Gallina presenta

ancora la totale assenza di

strutture idonee al risparmio

energetico mediante la

produzione di elettricità

attraverso risorse rinnovabili

come sole e vento,

nonostante l’esposizione

dell’edificio risulti

particolarmente idonea per

quest’ultime.

Cosa proponiamo di fare:

L’installazione di n° 18 moduli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica;

L’installazione di una turbina eolica per la produzione di energia elettrica;

Sostituzione degli attuali infissi delle finestre con vetri termoisolanti;

Installazione di valvole termostatiche sui termosifoni.

Applicazione di pannelli fotovoltaiciLo scopo del presente progetto

è quello di fornire le indicazioni tecnico-esecutive per la realizzazione di un impianto fotovoltaico da 3,15 kWp destinato ad operare in parallelo alla rete elettrica di distribuzione e connesso alla rete di utente a valle del dispositivo generale.

Il progetto prevede la realizzazione di un impianto fotovoltaico della potenza totale di circa 3,15 kWp da installare sulla copertura piana di un edificio ad uso scolastico sito nel Comune di Roma Municipio XX.

L'impianto funzionerà in parallelo alla rete di distribuzione dell'energia di BT e provvederà a coprire parzialmente il fabbisogno energetico dell'utenza che andrà a servire.

Dati di progetto relativi alle condizioni climatiche esterneTemperatura esterna: • T max= 36,1 °C • Delta T= 7,8 °C • Vento = NW 10,5Dati di progetto relativi alla rete di collegamentoTensione nominale (Un): 220 VPotenza Impiegata: n/a Dati di progetto relativi all'impianto fotovoltaico   Caratteristiche area di installazione: copertura superficie piana.  Posizione quadro elettrico: In prossimità del quadro elettrico generale dell’edificio.  Posizionamento inverter: in prossimità del campo fotovoltaico.  

  Essendo un edificio di nuova costruzione, si possiede uno storico dei consumi relativo esclusivamente al primo anno di esercizio, per questo motivo l’impianto è stato progettato sulle seguenti basi: la quantità di energia elettrica producibile è stata calcolata sulla base dei dati radiometrici di cui alla citata norma UNI 10349 e assumendo come efficienza operativa media annuale dell'impianto il 75% dell'efficienza nominale del generatore fotovoltaico.  

L'impianto è progettato per avere:  

• una potenza lato corrente continua superiore all'85% della potenza nominale del generatore fotovoltaico, riferita alle particolari condizioni di irragiamento;  

• una potenza attiva, lato corrente alternata, superiore al 90% della potenza lato corrente continua (efficienza del gruppo di conversione.  .  

Il generatore fotovoltaico è ottenuto collegando in parallelo n.2 stringhe da n.9 moduli fotovoltaici ciascuna. Ogni stringa, selezionabile e provvistadi diodo di blocco, è costituita dalla serie di n.9 moduli FV da 175 Wp cadauno. Ciascun modulo è provvisto di diodi di bypass.  Il gruppo di conversione è idoneo al trasferimento della potenza dalgeneratore fotovoltaico alla rete, in conformità ai requisiti normativi tecnici e di sicurezza applicabili.  

Moduli fotovoltaici   

Il modulo fotovoltaico proposto è un modulo da 175 Wp in silicio monocristallino, costituito da 72 celle da 125 x 125 mm

e presenta le seguenti caratteristiche:    

Strutture di supporto dei moduli fotovoltaici   

Le strutture di supporto sono costituite da telai inclinati a 30° in ferro zincato a caldo, realizzati con profilati ad L a lati

uguali da 30x30x3 mm e profilati di alluminio 50x30x3 m. I telai sono opportunamente controventati.  

I moduli sono ancorati sui correnti in profilati di alluminio per mezzio di unione bullonata da eseguire in opera previa

foratura degli stessi profilati.  Il telaio inclinato è a sua volta ancorato per mezzo di unione a secco su dei baggioli in cls 20x30x100 cm semplicemente appoggiati sull'estradosso della copertura. Particolare cura

dovrà essere posta all'interazione con lo strato di impermeabilizzazione.  

 Gruppo di conversione completo di quadro

di parallelo   

L'inverte proposto è un apparecchio con un efficienza del convertitore statico superiore al 97% ed è un risultato

globale che può raggiungere il 96%. Il convertitore si pone immediatamente in stand-by in mancanza di insolazione, e ripristina il proprio funzionamento non appena le condizioni

tornano favorevoli. L'algoritmo MPPT integrato mantiene continuamente il campo fotovoltaico nelle migliori condizioni operative. L'inverter prevede un display integrato che rende disponibili una grande quantità di dati di impianto. Tra questi

il conteggio dell'energia attiva erogata e le ore di funzionamento.  

L'inverter è dotato di un proprio dispositivo di interfaccia funzionante su soglie di tensione e di frequenza minima e

massima conformi alla norma CEI 11-20 e DK5940.  • 

Cavi elettrici e cablaggio   

I cavi devono essere dimensionati e sistemati in modo da semplificare e ridurre al minimo le operazioni di montaggio e con particolare riguardo al contenimento delle cadute di tensione (evitare lunghezze eccessive).  I cavi devono soddisfare i seguenti requisiti:  

• tipo autoestinguenti e non propaganti l'incendio;  

• cavi del tipo unipolare per i circuiti di potenza;  

• estremità segnalate oppure terminate con idonei capicorda.  

La caduta di tensione totale, valutata dal modulo fotovoltaico più lontano fino all'ingresso cc del gruppo di conversione deve essere mantenuta entro l'1% e contenere le perdite nei limiti di cui alle prove di accettazione.  

Il cablaggio dei moduli Fv deve essere realizzato nelle morsettiere all'interno delle scatole di giunzione.  

I cavi tra i moduli a formare le stringhe devono essere posati opportunamente fissati alla struttura tramite fascette, e comunque canalizzati in modo da essere a vista.  

I cavi condotti ai gruppi di conversione devono essere posati in tubo/canalina fissato a pavimento, a muro o sulla struttura di sostegno dei tralicci. I tubi devono essere in materiale plastico autoestinguente del tipo flessibile o rigido con livello di protezione IP 55. La posa a terra deve essere posta con particolare cura al suo ripristino.  

Trattandosi di applicazioni in un edificio, particolare cura deve essere posta nella definizione del percorso dei cavi nel rispetto delle norme di sicurezza e architettonico interno ed esterno.  

Per la protezione meccanica dei cavi lungo le discese devono essere installati dei tubi garantendo, per il collegamento con i quadri, un livello di protezione analogo a quello dei quadri stessi.   

Impianto di messa a terra   La messa a terra di tutte le carcasse delle apparecchiature dell'impianto fotovoltaico esposte (moduli fotovoltaici e strutture di sostegno) secondo la normativa viene effettuata collegandole all'impianto di messa a terra esistente, mediante corda di rame con guaina giallo-verde di adeguata sezione; è importante notare che l'equipotenzialità fra questi elementi viene garantita dal collegamento meccanico.

CALCOLI PRESTAZIONALI DEL SISTEMA Dati di irraggiamento solareCome per qualsiasi impianto ad energia rinnovabile la fonte primaria risulta aleatoria e quindi solo statisticamente prevedibile. Per avere riferimenti oggettivi sui calcoli di prestazione dei sistemi, si fa riferimento a pubblicazioni ufficiali che raccolgono le elaborazioni di dati acquisiti sul lungo periodo fornendo così medie statistiche raccolte in tabelle di anni-tipo, ed alla norma UNI 10349 precedentemente richiamata o l’Atlante Europeo della radiazione Solare.Località di riferimento: RomaLatitudine = 41°,48 NLongitudine = 12°,35 EOrientamento = Sud Angolo di inclinazione moduli Da ‘Atlante Europeo della Radiazione Solare – Vol.II ‘

 

Radiazione giornaliera media mensile su superficie a 30° (KWh/mq/d)  

Da questi dati si desume che l’energia solare ricevuta mediamente in un anno sulla superficie inclinata a 30° esposta a Sud è pari a 1737 kWh/mq.

Bilanci di potenza energetica

L’impianto è stato progettato per avere:

una potenza lato corrente continua superiore all’ 85% della potenza nominale del generatore FV, riferita alle particolari condizioni di irraggiamento;

una potenza attiva, lato CA, superiore al 90% della potenza lato CC;

e, pertanto, una potenza attiva, lato CA superiore al 75% della potenza nominale dell’impianto fotovoltaico, riferita alle particolari condizioni di irraggiamento.

Infatti si ha una potenza di picco dell’impianto FV in CC definita dalla somma delle potenze dei singoli moduli che lo compongono, misurate in condizioni standard (radiazione 1 kW/mq a 25°C) pari a :

Ptot = Pmod * N mod = 175 * 18 = 3.150 Wp

Mentre la potenza nominale verso la rete elettrica (Pca) tiene conto delle perdite del sistema dovuto al discostarsi dalle condizioni standard ed alle perdite per la trasformazione della corrente da continua in alternata, si riportano di seguito le perdite ipotizzate:

Perdite per scostamento dalle condizioni di targa (temperatura) 5%

Perdite per riflessione 2%

Perdite per mismatching tra stringhe (moduli) 4%

Perdite in corrente continua 1%

Perdite sul sistema di conversione cc/ca (stimato medio annuo) 8%

Perdite per polluzione dei moduli 1%

Per cui il rendimento stimato risulta essere pari :N = 79%

Quindi la potenza immessa sarà pari a : Ptot = Ptot * N = 3.15* 0.79 = 2.488,5 W

Per quanto riguarda la quantità di energia elettrica producibile viene calcolata, comunque sulla base dei dati radiometrici desunti dall’Atlante Europeo.

L’efficienza nominale del generatore Fv è numericamente data, in pratica dal rapporto tra la potenza nominale del generatore stesso (in kW) e la relativa superficie (in mq intesa come somma della superficie dei singoli moduli). Per cui risulta essere pari a:

N pv = Ptot/Spv

N pv = 3,15/(18 * 1.3 mq) = 3,15/23,4 = 13.46 %

L’energia producibile, in CC, dal generatore Fv sarà pari al prodotto tra l’energia solare media annuale che arriva alla superficie dei moduli (al netto di un fattore di correzione d pari al 4% per orientamento non a Sud e per inclinazione minore di 30°) per l’efficienza nominale del generatore fotovoltaico per la superficie del generatore, ovvero:

Ecc =d * Gm * Npv * Spv = 96%* 1737 kWh/mq * 13,46 % * 23.4 mq = 5252 kWh

Se ora si assume come efficienza operativa media annuale dell’impianto N tot = 75% dell’efficienza nominale del generatore fotovoltaico (tenendo anche conto dei periodi di non funzionamento) si ottiene una produzione media annua di energia in corrente alternata pari a:

Eca = Ecc x Ntot = 5252 * 75% = 3.939 kWh/anno.

Dispersioni di calore causate dalle finestre

Le finestre sono spesso all'origine di perdite di calore dovute alle loro scarse proprietà isolanti rispetto al resto dell'edificio, ma anche al montaggio non ermetico.I parametri da considerare quando si scelgono dei nuovi infissi sono anzitutto il valore U del vetro, del telaio e del distanziatore. Un altro aspetto importante riguarda il montaggio a tenuta. Si rammenti che il valore U totale di una finestra, così come viene spesso indicato nei preventivi dei fornitori, vale esclusivamente per le specifiche dimensioni dell'elemento

Valori U consigliati

Le proprietà isolanti delle finestre dovrebbero essere adeguate a quelle degli altri elementi costruttivi (muri perimetrali, tetto, solaio della cantina non riscaldata ecc.) e quindi al rendimento energetico complessivo dell'edificio (CasaClima A o B, casa passiva, edificio a consumo energetico zero ecc.).Per gli edifici di qualità convenzionale (a basso consumo energetico) si consiglia in ogni caso l'impiego di vetri termoisolanti, il cui valore U standard è compreso tra 1,1 e 0,9 W/m²K

•Distanziatori•I distanziatori o profili intercalari sono quegli elementi che, come dice il nome, servono per creare una distanza uniforme tra i vetri di una finestra. La qualità dei distanziatori dipende dalla conducibilità o trasmittanza termica del materiale in cui sono realizzati.I distanziatori in alluminio hanno una trasmittanza elevata (valore λ pari a circa 160 W/mK) e perciò comportano un'altrettanto elevata perdita di calore. Più efficienti dal punto di vista energetico sono gli elementi in acciaio inossidabile (valore λ circa 17 W/mK), in butile (valore λ circa 0,27 W/mK) o in speciale materiale plastico (valore λ circa 0,19 W/mK).

Valore λ: indica la quantità di calore – espressa in watt (W) – che passa attraverso uno strato di materialie dello spessore di 1 metro nell’arco di un’ora se la superficie è di 1 metro quadrato e vi è una differenza di temperatura di 1 Kelvin (= 1°C).

Coefficiente g•Accanto ai valori U di vetro e telaio, un ulteriore parametro di qualità è il cosiddetto "fattore solare" o coefficiente g. Esso indica la percentuale di energia solare che penetra in un edificio attraverso le superfici vetrate. Laddove possibile, dovrebbe essere superiore al 50 %.Un coefficiente g del 60 % significa che il 60 % dell'energia solare incidente penetra nell'edificio, mentre il restante 40 % viene riflesso verso l'esterno.

Quando sostituire le vecchie finestre

L'acquisto di nuovi infissi conviene di sicuro quando le vecchie finestre mostrano carenze evidenti (assenza di guarnizioni, montaggio non ermetico ecc.) o incompatibili con il resto dell'edificio. Un infisso nuovo aiuta a ridurre i consumi energetici e quindi i costi.Una volta installate le nuove finestre, bisognerebbe modificare anche le abitudini di aerazione della casa adeguandole alla mutata situazione. Per un ricambio d'aria senza sprechi energetici, un sistema efficace consiste nel tenere spalancate una o più porte e finestre per un breve lasso di tempo (ventilazione d'urto o corrente d'aria).

L’installazione delle valvole termostatiche sui radiatori consente una regolazione del calore adeguata in ogni stanza; per ogni radiatore si sostituisce la valvola manuale con una valvola termostatica che regola automaticamente l’afflusso di acqua calda in base alla temperatura scelta, deviando l’acqua calda verso altre utenze o diminuendone la portata complessiva. Il risparmio di energia indotto da questa misura è del 10-20%. Il costo per valvola varia tra 30-80 euro a seconda della predisposizione dell’impianto esistente.

CLEAN ENERGY ……

…...to recharge the world for a better future