Lenergia solare, Lenergia solare, nonostante sia tra le fonti energetiche più facili da utilizzare...

L’energia solareL’energia solare,, nonostante sia tra le fonti energetiche più facili da utilizzare e tra le più economiche, non risulta in Italia tra le più sfruttate.Questa realtà sconfortante indica certamente la mancanza d’adeguata cultura dell’ambiente e del risparmio energetico ponendoci in una posizione d’inferiorità nei confronti d’altri paesi Europei e Oltreoceano, che benché abbiano peggiori condizioni climatiche e minori livelli giornalieri d’irraggiamento solare, hanno, però, maggiore sensibi-lità verso l’utilizzo e la conversione dell’energia che proviene dal sole. Ma non dimentichiamo comunque che esistono anche altre fonti d’energia pulita come ad esempio

The solar energyThe solar energy is not among the most exploited, although it is among the easiest and the most economic to be used.This discouraging reality of course shows the lack of culture about enviroment and energy, taking us in an inferior position compared to other European and overseas countries. There are foreign countries, which care much more about the use and conver sion of the energy coming from the sun, although they have worse climatic conditions and lower daily level of solar rays.It is important to remember that clean energy exists, for example, eolian and geothermal energy, which, often, aren’t

ComeniusComenius Project 2Project 2ndnd year: year:SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative

EEnergiesnergies

I.P.S.I.A. “Orso Mario Corbino” – PARTINICO -

quell’eolica e geotermica che troppo spesso sono considerate poco redditizie e quindi scarsamente investibili.Perché pensare all’energia solare? Perché è gratuita; Perché è meno traumatizzante per l’ambiente; Perché è naturale; Perché è decentralizzata (cioè è sempre disponibile anche nei luoghi più isolati); Perché è inesauribile; Perché è polivalente.A questi motivi potrebbero aggiun-gersene degli altri perché il campo d’applicazione è talmente vasto da far paura perfino a “Leonardo”.

considered profitble. Why thinking about solar energy? Because it is free; Because it is less dangerous for the environment; Because it is natural; Because it is always available even in isolated areas; Because it is inexhaustible; Because it is polivalent;

You can add other reasons to these because its application field is such wide to scare even “Leonardo”.

ComeniusComenius SicilySicily Project 1Project 1stst year: year:

SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies L’energia solare può, infatti, essere impiegata per: La conversione elettrica La produzione d’acqua sanitaria La desalinizzazione dell’acqua marina La climatizzazione di serre Forni solari BiosfereNel nostro progetto ovviamente abbiamo considerato soltanto un possibile utilizzo, cioè quello di produ-zione d’energia elettrica dal sole, ma in realtà poco importa sullo sfruttamento finale, perché il vero scopo dello studio è stato quello di avvicinare gli alunni (futuri cittadini) alla cultura dell’ambien-

The solar energy can be used for: the electric conversion the production of healthy water the desalting of sea water the air-conditioning of greenhouses solar oven biosphere

In our project we considered only one of the possible uses, that is the production of electric energy from the sun, but actually we do not care much about its final exploitation, because the main aim of our research is to get people closer to the environment and to energetic savings through a more



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies te e al risparmio energetico mediante un uso più attento delle risorse naturali.Il progetto rappresenta un sistema di produzione elettrica mediante la Conversione Foto-voltaica utilizzante giunzioni a semiconduttore, le quali, costruite con tecnologie sempre più sofisticate per aumentare il rendimento e diminuire i costi, sono collegate in serie ed in parallelo e poi assemblate in singole unità chiamate “pannelli di celle foto-voltaiche”.Ogni elemento costituisce un vero e proprio generatore elettrico il quale esposto al sole è in grado di alimentare singolarmente carichi di bassa tensione e di bassa corrente.

attentive use of natural resources.The project represents a system of electric production through the “Photovoltaic Conversion” using semiconductor junctions which are built with very sophisticated technology to increase the production and reduce costs. These junctions are linked in series and parallel and then unified in single units called “panels of photovoltaic cells”. Each element is a real electric generator which is able to convert power at low voltage and low current if displayed to the sun rays. As it was already said, each single semiconductor junction uses photovoltaic effect. This was noticed for the first time in



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies Ogni singola giunzione a semi-conduttore sfrutta, come già detto, l’effetto foto-voltaico che fu osservato per la prima volta nel 1840 dal fisico Becquerel, ma in un secondo tempo fu la NASA a finanziare la realizzazione del primo impianto di conversione elettrica con il quale furono alimentati gli strumenti di bordo del satellite Telsar. Ad oggi esistono diverse realizzazioni nate dapprima come impianti speri-mentali, ma in realtà rappresentano vere e proprie unità autonome in grado di fornire elettricità a piccole strutture e/o a piccole comunità. Ad esempio negli USA l’aeroporto di Phoenix riceve energia esclusivamente da un impianto foto-voltaico costituito da circa 15.000

1840 by the phisician Bequerel but then it was the NASA to finance the realization of the first plant of electric conversion through which the boarding instruments of the Telsar satellite were powered. Today there are different realizations which were born like experimental plants, but they really represent true autonomous units, able to supply electricity to little structure and/or to small villages. For example, in the USA the airport of Phoenix receives energy only by a photovoltaic plant made up of about 15.000 cells.In Italy the biggest working plant is in Serre.In a solar plant there is the so called



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies celle, in Italia l’impianto più grosso attualmente in funzione si trova a Serre.Alla base di un impianto solare vi è la così detta “cella”. Essa è caratterizzata da un cristallo di materiale semi-conduttore (tipicamente silicio) che viene opportunamente trattato e lavo-rato fino all’ottenimento di un “wafer” caratterizzato da una superficie superio-re di tipo N e da un’inferiore di tipo P. Quando i fotoni della luce “colpiscono” la cella, causano la scissione di un legame elettronico con conseguente creazione d’accumulo di cariche. La cella si trasforma così in un generatore elettrico caratterizzato da una propria tensione e da una propria corrente.Il lavoro nasce dalla idea di rendere la

“cell”. It is characterized by a crystal of semiconductor material (typically silicon) which is treated to obtain a “wafer” characterized by a superior surface of type N and by an inferior surface of type P.When light photons “hit” the cell, they cause the split of an electronic link, implying the creation of charge. The cell turns into an electric generator characterized by its voltage and current.The work was born from the idea of making solar energy simply convertible, storable and available to be applied in our school, that is the reason why we



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies energia prodotta solare facilmente con-vertibile, immagazzinabile e disponibile per l’applicazione nella nostra struttura scolastica, per cui si è pensato ad un sistema autonomo che Converte, Controlla, Orienta, Accumula ed Eleva a tensione di rete.Il sistema è stato suddiviso in blocchi funzionali ognuno dei quali rappresenta un unico circuito elettronico in grado di funzionare separatamente, quindi ogni gruppo di lavoro si è occupato della analisi e dello studio del proprio dispo-sitivo. L’obiettivo che si è voluto ottenere con questo modo di procedere è quello di lasciare libero ogni gruppo di studio nel modo di operare, nel modo di

thought of an autonomous system, which Converts, Controls, Orients, Accumulates and Increases up to net voltage.The system has been divided into operational blocks, each of them representing a single electronic circuit able to work separately; therefore, each working group dealt with testing and studying its own device.The main aim of this kind of work is that every group is free to do their job, and to produce documents, so that individuality and skills of single persons have been highlighted.Each individual skill has been integrated to work on a common project,



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies produrre rivalutando l’individualità e le risorse dei singoli, ma che comunque devono integrarsi per portare a termine un progetto comune che necessita come in un puzzle d’ogni singolo ele-mento.

which needs every single element like in a puzzle.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies Crystal silicon cells productionCrystal silicon cells productionCrystal silicon cells productionCrystal silicon cells production

103 mm x 103 mm 125 mm x 125 mm Ø 150mm



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies USI DELL’ENERGIA SOLAREUSI DELL’ENERGIA SOLARE

L’energia solare è l’energia raggiante prodotta nel Sole per effetto di reazioni nucleari e trasmessa alla Terra sotto forma di radiazione elettromagnetica.L'intensità della radiazione solare, cioè la quantità di energia che il Sole irraggia ogni secondo su 1 cm2 di superficie terrestre, è detta costante solare; il suo attuale valore, calcolato quando la Terra si trova a una distanza media dall'astro, è 1,37×106 erg s-1 cm-2 (1,97 cal/cm2 al minuto) ma sembra variare dello 0,2% in trent'anni. Questa stima tuttavia prevede che l'atmosfera sia assolutamente tras-parente alla radiazione, mentre gli effetti di assorbimento e di dispersione riduco-

USE OF SOLAR ENERGYUSE OF SOLAR ENERGYSolar energy is the radiant energy produced in the sun by nuclear reactions and then it is passed on the Earth as electromagnetic radiation.The intensity of solar radiation, that is, the quantity of energy that the sun radiates every second on 1 cm2 of earthly surface, is called solar costant; its present value, calculated when the earth is to a medium distance from the star, is 1.37 x 106 erg s-1 cm-2 (1.97 cal/cm2 a minute), but it seems to vary at 0.2% in thirty years.Nevertheless, this evaluation implies that the atmosphere is absolutely transparent to radiations, while the effects of the electrical input and disper-



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies no molto l'ammontare di energia effetti-vamente disponibile.

Trasformazione naturale dell'energia Trasformazione naturale dell'energia solaresolare

L'energia solare, accumulata nella atmosfera terrestre, negli oceani e negli organismi vegetali è fondamentale per la maggior parte dei processi vitali e dei fenomeni fisici che hanno luogo sulla Terra: è ad esempio indispensabile nel processo di fotosintesi che consente lo sviluppo della vita vegetale; è impor-tante per il ciclo idrologico cui sono associate le precipitazioni; è respon-sabile dei venti tuttora utilizzati come risorsa locale di elettricità.

sion reduce a lot the amount of real available energy.

Natural trasformation of solar energyNatural trasformation of solar energySolar energy, stored in the earthly atmosphere, in the oceans and in vegetable organisms, is fundamental for most vital processes and physical phenomena which take place on earth: for example, it is essential in the photosynthesis process, which allows the development of vegetable life; it is important for the hydrologyc cicle which precipitations are associated to; it is responsable for winds which are still used as local resource of electricity.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies Per sottolineare il valore di questa fonte di energia, basti pensare che senza di lei non si sarebbe verificata la for-mazione di biomasse e quindi dei combustibili fossili come carbone, petrolio, gas naturale, né sarebbe pos-sibile lo sfruttamento del legno. Le biomasse possono inoltre essere utilizzate per la produzione di metano o di alcol, attraverso processi di fermen-tazione o distillazione. L'energia solare accumulata negli oceani dà luogo a gradienti verticali di temperatura che, inquadrati nell'ambito di un ciclo termo dinamico, potrebbero forse essere sfruttati per produrre energia meccanica trasformabile in elettricità; questa pos-sibilità, finora puramente teorica, richie-

It is necessary to stress that without this source of energy, neither the formation of biomasse( that is also fuel fossils such as coal, petrol, natural gas), nor wood exploitation would be possible.Moreover, biomasses can be used for the productin of methane or alcohol through fermentation or distillation processes.Solar energy stored up in oceans produces vertical thermal gradient that, put in a thermodynamical cycle, might be exploited to make mechanical energy convertible into electricity.This possibility, only theorical till now, requires the employment of devices of



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies derebbe l'impiego di dispositivi di dimensioni colossali.

Raccolta diretta di energia solareRaccolta diretta di energia solarePer sfruttare la radiazione solare si ricorre a impianti a pannelli solari, o collettori solari. L'energia così ottenuta può essere usata sotto forma di calore per riscaldare un gas o un fluido, oppure convertita direttamente in elettricità sfruttando l'effetto fotovoltaico e le proprietà fisiche di particolari mate-riali. Esistono due tipi fondamentali di collettori: a pannello e a concentra-zione.

Collettori a pannelloCollettori a pannelloUn pannello solare è composto essenzialmente da una superficie me-tallica che si riscalda per effetto della

huge dimension.

Direct assemble of solar energy.Direct assemble of solar energy.In order to exploit solar radiations people use solar panel plants, or solar collectors.The energy obtained can be used in the form of heat to warm up a gas or a fluid, or it can be directly converted into electricity, using the photovoltaic effect and the physical properties of particular materials. There are two main types of collectors: the panel ones and the concentration ones.

Panel collectorsPanel collectorsA solar panel is composed by a metallic surface which warms up thanks to solar



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies radiazione solare; il calore viene poi a un liquido termovettore che circola in una serpentina e successivamente trasferito al sistema utilizzatore, ad esempio l'acqua dell'impianto di risc-aldamento domestico. In particolare i collettori a pannello sono in grado di riscaldare i fluidi di trasporto fino a circa 80 °C, con rendimento compreso tra il 40 e l'80%. Questi dispositivi sono particolarmente adatti per il riscal-damento domestico: di solito i collettori vengono installati sui tetti, e orientati opportunamente in relazione alla posi-zione geografica del luogo. Oltre ai pannelli, i sistemi di riscaldamento a energia solare devono comprendere pompe idrauliche, sensori di temperatu-

radiation; then the heat reaches a thermal carrier liquid which circulates into a coil and then it is transferred to a system, for example, the water of the heating system at home. In particular, panel collectors are able to warm up the fluids of transport until to 80°c, with an output which varies between 40 and 80%. These devices are particularly suitable for domestic heating: collectors are usually installed on the roofs and are properly directed according to the geographical position of the place.Besides panels, solar energy heating system must include hydraulic pumps, temperature sensors, authomatic controls and store systems of heat.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies ra, controlli automatici e sistemi di immagazzinamento del calore. Il fluido di trasporto del calore può essere costituito da aria, acqua o altri liquidi; come serbatoio di calore si può impiegare una cisterna d'acqua ben isolata termicamente.

Collettori a concentrazioneCollettori a concentrazionePer particolari applicazioni industriali sono necessari collettori più complessi e costosi che, focalizzando i raggi solari incidenti in un'area ristretta, permettano di raggiungere temperature di diverse centinaia o addirittura migliaia di gradi Celsius. Per migliorarne l'efficienza, i concentratori sono comandati da dispo-sitivi elettromeccanici per l'inseguimento del tragitto del Sole durante l'arco del

The fluid of heat transport can be made up of air, water or other liquids; as heat tank we can use a water tank that must be thermically isolated.

Concentration collectorsConcentration collectorsParticular industrial applications need more complex and expensive collectors, focusing on solar rays in a limited area, making temperature rise up to hundreds or even thousands Celsius degrees.To improve the efficiency, the concentrators are commanded by electromechanical devices to follow the sun way during the day.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies giorno.

Celle fotovoltaicheCelle fotovoltaicheLe celle solari realizzate con sottili lamelle di silicio cristallino, arseniuro di gallio o altri materiali semiconduttori convertono la radiazione solare diret-tamente in elettricità con rendimen-to superiore al 30%. Gli impieghi attuali delle celle solari sono limitati a dispo-sitivi di bassa potenza che non possono essere riforniti di energia, come gli strumenti a bordo di sonde spaziali.

Energia solare dallo spazioEnergia solare dallo spazioUn modello puramente teorico proposto per produrre energia solare su vasta scala prevede la collocazione di moduli

Fotovoltaic cellsFotovoltaic cells

Solar cells built with fine crystal silicon segments, gallium or other semiconductors materials, convert solar radiations directly into electricity with an output of more than 30%. The actual uses of solar cells are limited to low power devices that can’t be supplied by energy, as the instruments which we can find on space probes.

The space solar energyThe space solar energy

A purely theorical model proposed to produce solar energy on a large scale provides to place some giant solar



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies solari giganti in orbita geostazionaria. Qui l'energia generata dalla luce del Sole verrebbe convertita in microonde per essere poi inviata a terra e riconvertita in energia elettrica.

Immagazzinamento dell'energia Immagazzinamento dell'energia solaresolare

La natura intermittente della radiazione solare come fonte di energia rende indispensabile l'uso di dispositivi di accumulazione dell'energia prodotta in esubero durante le ore o i periodi favorevoli; l'energia immagazzinata può essere resa disponibile, ad esempio, durante la notte. Oltre alla semplice acqua, si possono impiegare appa-recchi più compatti che si basano sulle proprietà di cambiamento di fase di par-

modules in the geostationary orbit.Here, the energy produced by the sun light is converted into micro-waves to be sent on earth and then reconverted into electrical energy.

The storing of solar energyThe storing of solar energyThe intermittent nature of solar radiations as source of energy, implies the use of devices to store up energy which is produced in excess during the hours or propitious periods.The stored energy can be available, for example, during the night.Apart from simple water, we can employ more compacted devices which are based on changing phase properties of particular saline mixture.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies -ticolari miscele saline.

Anche le batterie possono essere usate per serbare l'energia elettrica in eccesso prodotta dal vento o da dispositivi foto-voltaici.

Even batteries can be used to store the excess of electrical energy produced by the wind or by photovoltaic devices.




Münich Fair: plant by 1MWMünich Fair: plant by 1MWMünich Fair: plant by 1MWMünich Fair: plant by 1MW




Sicily: Sicily: plant by 10kWplant by 10kW

Sicily: Sicily: plant by 10kWplant by 10kW

Torino: Torino: plant by 1kWplant by 1kW

Torino: Torino: plant by 1kWplant by 1kW


ComeniusComenius SicilySicily Project 2Project 2ndnd year: year:

SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies THE IMPLANTS TO SOLAR ENERGYTHE IMPLANTS TO SOLAR ENERGY

An implant to Solar Energy is generally formed by three elements: the panel or Solar module, the battery and the regular change. The first element is given the transformation of Solar energy in electrical energy: physically a Solar panel is composed by “Solar element cells” put in series through themselves and encapsulated by two pieces of glass, united in a border of aluminium. Behind the panel we find two signs “+” and “-” that level energy. All the panels present a tension of combatable exits with the charger straight from the battery at 12 volts. Typically these panels give a compressed tension between 15 and 18 volts.

GLI IMPIANTI AD ENERGIA SOLAREGLI IMPIANTI AD ENERGIA SOLARE

Un impianto ad energia solare e’ generalmente formato da tre elementi: il pannello o modulo solare, la batteria e il regolatore di carica. Al primo elemento e’ affidata la trasformazione dell’energia solare in energia elettrica; fisicamente un pannello solare e’ composto da un insieme di “ celle solari elementari” collegate in serie tra loro e incapsulate tra due lastre di vetro, il tutto unito da una cornice in alluminio. Posteriormente al pannello troviamo i due morsetti “+” e “-“ da cui prelevare energia Tutti i pannelli presentano una tensione di uscita compatibile con la ricarica diretta



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies There are two types of solar panels: the amorphous and the crystalline, the first uses a wafer of thicker silicon but is treated in a simple way, and the surface is brown and the result of about 7%. Another characteristic , that is very important to the amorphous panels, is that they work with every type of light.

Crystalline panels use wafer of thinner and purer silicon, their superficial colour is blue. They are characterized by a very high profit (between 15-18%) but they works well with the rays straight from the sun.

The second element of our implant is represented by a battery that waits the

delle batterie a 12 volt: tipicamente questi pannelli forniscono una tensione compresa tra 15 e 18 volt.

Esistono due tipi di pannelli solari: quelli amorfi e quelli cristallini, i primi utilizzano un wafer di silicio più spesso ma trattato in maniera più semplice, la superficie sensibile e’ di colore marrone ed il rendimento di e’ di circa il 7%, altra caratteristica molto importante dei pannelli amorfi e’ il funzionamento con qualsiasi tipo di luce. I pannelli cristallini utilizzano wafer di silicio più sottili e più puri, presentano una superficie di colore azzurro, sono caratterizzati da un rendimento molto più alto (attorno al 15-



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies successive charge. This sort of basin is a disaster because the panel is not constant in 24 hours.

Finally, we find the charge regulator. Through this word we mean an electronic device that provides to open the solar panel circuit - battery when this last one is in charge.

During the realization of an implant of solar energy it is very important to put a so called “block” diode between the panels and the battery in order to avoid that the battery will be uncharged during the night or without light through the resistance of the solar panel. If the implant has more than one module and

18 %) ma funzionano bene con la luce diretta del sole.Il secondo elemento del nostro impianto e’ rappresentato da una batteria a cui spetta il compito di immagazzinare e fornire successivamente la corrente al carico.Questa sorta di “serbatoio” e’ indis-pensabile perché il pannello non e’ costante nell’arco delle 24 ore.Infine, troviamo il regolatore di carica, termine con cui indichiamo una appa-recchiatura elettronica che provvede ad aprire il circuito pannello solare – batteria, quando quest’ultima risulta carica. Durante la realizzazione di un impianto ad energia solare e’ indispen-



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies if these are linked together in series we have to use a ”bypass” diode in parallels at every single panel. In this way we avoid that the breakdown or blackout of a panel has got an influence on the working of the whole panel.

sabile interporre un diodo denominato “di blocco” tra il pannello e la batteria per evitare che quest’ultima si scarichi di notte o in assenza di luce attraverso la resistenza propria del pannello solare.

Se l’impianto comprende più di un modulo e se questi sono collegati in serie tra loro, dovremo utilizzare in parallelo ad ogni singolo pannello, un diodo di “bypass”, eviteremo così che l’avaria o l’oscuramento di un pannello pregiudichi il funzionamento dell’intero impianto.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies Solar formSolar formSolar formSolar form



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies CRYSTALLINE SOLAR PANELSCRYSTALLINE SOLAR PANELS

They convert solar energy directly into electric energy and you can immediately distinguish them by the sky-blue colour on the sensible surface.The mono or polycrystalline silicon cells are electrically connected among them and first encapsulated between two papers of E.V.A.E.V.A. (ethylene vinyl acetate) and then contained between two slabs of temperate glass with low content of iron.Everything is kept into an anodized aluminium frame.Behind the panel we find a tin derivation box and inside it, the two clamps, positive and negative, to draw the

I PANNELLI SOLARI CRISTALLINII PANNELLI SOLARI CRISTALLINIConvertono direttamente l’energia sola-re in energia elettrica e si distinguono immediatamente per il colore azzurro della superficie sensibile.Le celle di silicio mono o policristallino sono collegate elettricamente tra di loro e incapsulate dapprima tra due fogli di E.V.A.E.V.A. (etilene vinil acetato) e succes-sivamente racchiuse tra due lastre di vetro temperato con basso contenuto di ferro.Il tutto e’ trattenuto da una cornice in alluminio anodizzato. Posteriormente al pannello troviamo una scatola di derivazione stagna con all’interno i due morsetti, positivo e negativo, da cui pre-



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies tension for the charge of the battery.levare la tensione per la carica della

batteria.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies HOW TO DIMENSION A SOLAR HOW TO DIMENSION A SOLAR

PLANTPLANT

We suppose that we have to realize a solar plant at 12 volts for the illumination of an halogen lamp at the entry of our Institute I.P.S.I.A. "O. M. Corbino“I.P.S.I.A. "O. M. Corbino“ in PartinicoPartinico that uses up to 200 watts for 12 hours.

We calculate the daily current demanded from the load dividing the waste for the tension.

Apparatus: 2000W / 12V = 17A x 12 hours = 204 Ah.

The current demanded everyday is of 204 Ah.

COME DIMENSIONARE UN COME DIMENSIONARE UN IMPIANTO SOLAREIMPIANTO SOLARE

Supponiamo di realizzare un impianto solare a 12 volt per l’illuminazione di una lampada alogena all’ingresso del Nostro Istituto I.P.S.I.A. “O. M. CorbinoI.P.S.I.A. “O. M. Corbino” di PartinicoPartinico che consuma 200 watt per 12 ore.

Calcoliamo la corrente giornaliera richiesta dal carico dividendo il consu-mo per la tensione.

Apparato: 200W / 12V = 17A x 12 ore = 204 Ah.

La corrente richiesta ogni giorno è: di 204 Ah.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies We increase of the 20% for possible leaks of the plant, current + leaks:

204 Ah x 1,20 = 245 Ah.Now we obtain, consulting the map, the coefficient of the ESHESH (Equivalent Sun Hours). In the space of a winter day this value expresses the number of hours equivalent at to the maxim illumination. In our case the ESH ESH is 3,5 hours: this means that in 24 hours the panel will furnish a power equivalent to the one of the same panel that would have furnished if it would have worked in the conditions of maxim insulation for 3,5 hours.

245 Ah / 3,5 ore = 70 AConsequently supposing to use a solar

204 Ah x 1,20 = 245 Ah.

Ricaviamo ora, consultando la mappa, il coefficiente di ESHESH (Equivalent Sun Hours, ore di sole equivalenti). Questo valore esprime nell’arco di una giornata invernale il numero di ore equivalenti alla massima illuminazione Nel nostro caso l’ESHESH è di 3,5 ore: ciò significa che nell’arco delle 24 ore il pannello fornirà una potenza equivalente a quella che che lo stesso pannello fornirebbe se funzionasse nelle condizioni di massima insolazione per 3,5 ore.

245 Ah / 3,5 ore = 70 ADi conseguenza supponendo di utiliz-zare il modulo solare Kyocera da



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies module Kyocera of 48 watts its able to supply a maxim current of 2,88 A and will have:

70 A / 2,88 A = 24 forms.We should then install 24 forms in the plant connected among them in parallel. Now we should choose the appropriate battery for the plant. Such choice depends by the days of autonomy whom the plant as to arrange, and also in this case exist tables tied at the latitude whom has to make the plant work. It's evident that in proximity to the equator the probability that we are going towards long periods of poor illumination is rather low; it’s the opposite getting close to the poles. To carry out such a calculation exist some tables drowned from the practical

48 watt in grado di erogare una corrente massima di 2,88 A avremo:

70 A / 2,88 A = 24 moduliDovremo quindi istallare nel nostro impianto 24 moduli connessi in parallelo tra loro. Ora non resta che scegliere la batteria appropriata per l’impianto. Tale scelta dipende dai giorni di autonomia di cui deve disporre l’impianto, ed anche in questo caso esistono tabelle legate alla latitudine alla quale deve funzionare l’impianto. E’ evidente che in prossimità dell’equatore la probabilità che si vada incontro a lunghi periodi di scarsa illuminazione è piuttosto bassa; al contrario avvicinandosi ai poli.Per effettuare tale calcolo esistono delle



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies experience.

Latitude of the place installation / Reserve of time recommends (days):

from 0 to 30 north or south: from 6 to 10;

from 30 to 50 north or south: from 10 to 12;

from 50 to 60 north or south: over 15 days.

tabelle ricavate dall’esperienza pratica.

Latitudine del luogo di installazione / Riserva di tempo raccomanda (giorni):

da 0 a 30 nord o sud: da 6 a 10;

da 30 a 50 nord o sud: da 10 a 12;

da 50 a 60 nord o sud: oltre 15 giorni.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies The reserve of time recommended is 10 days. Now let's calculate the capacity of the battery multiplying the daily current requested by the load for the days of autonomy necessary:

Battery capacity: 245 Ah / day x 10 days = 2450 Ah.

La riserva di tempo raccomandata e’ di 10 giorni. Calcoliamo ora la capacità della batteria moltiplicando la corrente richiesta giornalmente del carico per i giorni di autonomia necessari:

Capacità batteria: 245 Ah / giorno x 10 giorni = 2450 Ah.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies THE AMORPHOUS SOLAR PANELSTHE AMORPHOUS SOLAR PANELS

Externally they acknowledge easy for the brown colour of the sensitive surface and for the principle of construction based on an only photovoltaic amorphous silicon cell that is encapsulated between two glass plates. The main characteristic of the amorphous panel is the ability to supply current coming from every type of light, directly from the sun or artificial that is generated from one lamp to fluorescent filament. The amorphous panel is also used when the requested power is minimal.

I PANNELLI SOLARI AMORFII PANNELLI SOLARI AMORFI

Esternamente si riconoscono facilmente per il colore marrone della superficie sensibile e per il principio di costruzione basato su un’unica cella foto voltaica di silicio amorfo che viene incapsulata tra due lastre di vetro. Caratteristica prin-cipale del pannello amorfo e’ la capacità di fornire corrente partendo da qualsiasi tipo di luce sia essa prove-niente direttamente dal sole oppure artificiale ovvero generata da una lampada a filamento o fluorescente. Il pannello amorfo viene anche utilizzato quando la potenza richiesta e’ minima.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies INSTALLATION OF THE PANELS INSTALLATION OF THE PANELS

To put the panels towards the Equator. To control that the position prechoice does not come partially d also during all the day from trees or other objects. As far as the connections electrical workers, go respected the polarity therefore as they go mount the diode valve of block and eventual the other diode valves to you of bypass. Then we connect all cargos in parallel between them respecting the polarity, therefore we connect the regulator on drums and then the panels. Being the system in low tension, with the aim of reducing the losses, we use cables of section adaptedand as small as possible.

INSTALLAZIONE DEI PANNELLIOrientare i pannelli verso l’equatore. Controllare che la posizione prescelta non venga ombreggiata anche par-zialmente durante tutta la giornata da alberi o da altri oggetti.Per quanto riguarda i collegamenti elettrici, vanno rispettate le polarità così come vanno montati il diodo di blocco e gli eventuali altri diodi di bypass. Di seguito colleghiamo tutti i carichi in parallelo tra loro rispettando le polarità, quindi colleghiamo il regolatore alla batteria e poi i pannelli. Essendo l’impianto in bassa tensione, al fine di ridurre le perdite, utilizzare dei cavi di sezione adeguata con la minore lun-



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies No demanded maintenance it’s from a solar system to exception, obviously, of the maintenance of the sensitive surface of the panel and to the eventual substitution of the batteries.

In the case of new panels the varied duration from 10 to 20 years for the amorphous type.

ghezza possibile.

Nessuna manutenzione e’ richiesta da un impianto solare ad eccezione, ovviamente, della pulizia della superficie sensibile del pannello ed alla eventuale sostituzione delle batterie.

Nel caso di pannelli nuovi la durata varia da 10 a 20 anni per il tipo amorfo.



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies SUN FOLLOWERSUN FOLLOWER

Solar energy is always arousing a greater interest: it allows in fact a production of simpler energy and cleaning up, less dangerous for the man and the nature and, for a long time term, more economic. The applications are numerous: from the heating of residences, to the production of warm water, of mechanical or electric energy. Solar energy is exploited through special panels when the receiving surface results perpendicular to the solar rays, for which it is necessary that the panel continually follows the apparent motion of the sun.

INSEGUITORE SOLAREINSEGUITORE SOLAREL'energia solare sta suscitando un interesse sempre maggiore: permette infatti una produzione d'energia più semplice e pulita, meno traumatizzante per l'uomo e la natura e, a lungo termine, più economica. Le applicazioni sono numerose : dal riscaldamento di abitazioni, alla produzione di acqua calda, di energia meccanica o elettrica. L'energia solare viene sfruttata attraverso appositi pannelli quando la superficie captante risulta perpen-dicolare ai raggi solari, per cui è necessario che il pannello segua continuamente il moto apparente del sole. Per questo è nato uno strumento denominato "Sun Follower" (inseguitore



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies For this a denominated tool was born "Sun Follower" (solar pursuer), that becomes the organ of control of the system furnishing to the motor that regulates the position of the panel the information around their correct positioning. The circuit is connected in a sideburn with some components among which we detain there on the sensor that is the system of survey of the light. The sensor is formed from two photo resistors that must be insert in a structure that allows them to perpendicularly gain the solar rays. Naturally the sensor has to be situated on the structure checked by the motor (on the cloth or on the surface of the panel in the examples done to the

solare), che diventa l'organo di controllo del sistema fornendo al motore che regola la posizione del pannello le informazioni circa il loro corretto posizionamento. Il circuito è collegato in una basetta con dei componenti tra cui ci soffermiamo sul sensore che è il sistema di rilevazione della luce. Il sensore è formato da due foto resistenze che devono essere inserite in una struttura che consenta loro di captare perpendicolarmente i raggi solari. Naturalmente il sensore deve essere collocato sulla struttura con-trollata dal motore (sul telo dello ombrellone o sulla superficie del pannello negli esempi fatti all'inizio), solo in tal modo, i foto resistori faranno



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies sì che la struttura si trovi perfettamente orientata verso le radiazioni luminose. L'intero circuito viene alimentato da una tensione duale di +/- 12V fornita da un alimentatore duale.

R1-2: 1.5 k resistorR3-4: 10 k resistorR5: 1M resistorR6: 560 k resistorR7-9: 15 k resistorR8-10: 2.2 k resistorR11-12: 1 k resistorR13: 1.2 k resistorT1: 10 k trimmer P1: 2.2 k adjustable linear resistanceP2: 470 k adjustable linear resistance

beginning), only in such way, the photo resistors will do yes that the structure is perfectly found directed toward the bright radiations.

F1-2: photo resistor 1 k full light –

1 M dark

D1/4: diode 1N4002

LED1: 5mm green led diode

LED2: 5mm yellow led diode

LED3: 5mm red led diode

TR1: transistor npn 2N1613

TR2: transistor pnp 2N2904

IC1: µA741

RL1-2: relais 12V - 1 exchange.

Components:



SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies Iniziamo la descrizione dal ponte di Wheatstone, costituito da R1R1, P1P1, R2R2, F1F1 ed F2F2. Il ponte è formato da 4 resistenze disposte a quadrilatero, nel nostro caso dalle due foto resistenze e dalle due resistenze R1R1 ed R2R2 tra le quali è stato inserito il potenziometro P1P1 come regolazione.Su una diagonale del quadrilatero viene collegata direttamente la tensione d’alimentazione di 12V, mentre sull'altra diagonale vengono invece collegati i due ingressi dell'amplificatore diffe-renziale IC1IC1. Regolando opportuna-mente P1 P1 quando le due foto resistenze sono illuminate contemporaneamente dal sole, il potenziale elettrico presente sul punto K K risulta essere uguale a quel-


We start the description from the Wheatstone bridge, constitute by R1R1, P1P1, R2R2, F1F1 and F2F2. The bridge is formed by 4 resistors disposed like a quadrangle, in our case, it is formed by the two photo resistors and the two resistors R1R1 and R2R2 between them it was inserted the potentiometer P1P1 to regulate them. On a diagonal of the quadrangle we connect directly the alimentation voltage of 12 V, while on the other diagonal we connect the two inputs of the differential amplifier IC1 IC1. Regulating appropriately P1P1, when the two photo resistors are lighted at the same moment by the sun, the electrical potential between KK and ZZ values 00: in these conditions the bridge is in perfect


SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies lo in ZZ e quindi la differenza di poten-ziale tra KK e Z Z vale zero: in queste condizioni il ponte si viene a trovare in perfetto equilibrio.Quando una delle due foto resistenze risulta più o meno illuminata dell'altra, tra i nodi KK e Z Z esisterà una piccola differenza di potenziale positiva o negativa secondo quale delle due foto resistenze riceve più luce.L'amplificatore differenziale presidiato da IC1IC1 e composto da R3 R3, R4 R4, R5R5, R6R6 e P2P2, provvede ad amplificare la diffe-renza tra i due segnali d’ingresso; nel nostro caso viene utilizzato un solo amplificatore operazionale cioè un µA741µA741 il cui guadagno per il segnale differenziale è fornito dalla relazione:


equilibrium. If one of the two resistances is more or less lighted than the other, it will exist a little positive or negative difference of potential between KK and ZZ, depending on which of the two receives more light.The differential amplifier protected by IC1IC1 and composed by R3R3, R4R4, R5R5, R6R6 and P2P2, provides to amplify the difference between the two input signals; we use only one operational amplifier and it’s a µA741µA741.Its gain for the differential signal is given by the relation:

G=(R6+P2)/R3.G=(R6+P2)/R3. The trimmer T1T1 provides to take manually back to 0 0 the offset voltage of


SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies G=(R6+P2)/R3.

Il trimmer T1T1 provvede a riportare a zero manualmente la tensione offset dell'amplificatore operazionale in modo che eventuali derive non influiscano sul corretto funzionamento dello stadio. Il potenziometro P2P2 permette di regolare il guadagno di tensione dell'amplificatore differenziale e quindi la sensibilità dell'intero circuito.Il segnale che ricaviamo all'uscita dell'amplificatore operazionale, e più precisamente sul suo terminale 66, altro non è che una tensione che risulta positiva o negativa a seconda dello squilibrio del ponte in un senso oppure nel senso opposto. La corrente erogata da IC1 IC1 non è però sufficiente ad attivare


the operational amplifier, in this way eventual creeps can’t have influence on the correct functionality of the stage. The adjustable resistor P2 P2 allows to regular the gain of voltage of the differential amplifier and so the sensibility of all the circuit.The signal that we get from the output of the operational amplifier, and precisely on its terminal 66, is nothing other than a positive or negative voltage, according to the imbalance of the bridge in a direction or in the opposed direction.But the current supplied by IC1 IC1 is not enough to active the relais that control the motor.So it’s necessary to use it to pilot


SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies i relè che controllano il motore, per cui è necessario utilizzarla per pilotare, attraverso i rispettivi partitori formati dai resistori R7,R8R7,R8 e R9-10R9-10, la base dei due transistori attuatori.I diodi D1 D1 e D2 D2, collegati su due rami di controllo ed in senso inverso l'uno rispetto all'altro, assicurano la chiusura di un relè alla volta.Quando sul piedino 66 dell'amplificatore operazionale si presenta una tensione positiva, il transistor TR1TR1, essendo NPNNPN, si satura attivando il relè RL1RL1 e portando a massa anche il catodo del diodo led DL1DL1 il quale s’illumina. Viceversa quando la tensione d'uscita di IC1IC1 è negativa, si satura TR2TR2 il quale, essendo un PNP PNP, attiva il relè RL2RL2

I.P.S.I.A. Orso Mario Corbino - Partinico (PA)I.P.S.I.A. “Orso Mario Corbino” – PARTINICO -

through the respective dividers formed by the resistors R7R7, R8R8, e R9-10R9-10, the base of the two start transistors. The diodes D1D1 and D2 D2 are connected on two control branches, one in the opposed direction of the other, so they guarantee the closing of one relay a time. When we have a positive current on the connector 66 of the operational amplifier, the transistor TR1 TR1 ( being NPNNPN ) saturates and activates the relay RL1 RL1 and it takes to ground the cathode of the led diode DL1 DL1 and it lights.On the contrary, when an output voltage on IC1IC1 is negative, TR2TR2 saturates which being a PNPPNP, activates the relè RL2RL2 and in the same times it lights the led DL2DL2. The diodes DL3DL3 and DL4DL4,


SStudyingtudying T Technologiesechnologies OOff RRegenerativeegenerative EEnergiesnergies facendo contemporaneamente illumina-re il led DL2DL2. I diodi D3D3 e D4D4, in parallelo alla bobina dei relè, impediscono la formazione di elevate tensioni indotte al momento della commutazione; se non venissero tagliati dai diodi, tali transistor man-derebbero rapidamente fuori uso i transistor pilota.Le uscite contrassegnate con le sigle OUT1.....OUT6OUT1.....OUT6 rappresentano i contatti dei due relè e quindi le linee alle quali verrà collegato un motore passo - passo, o un motore in corrente continua oppure anche un motore in corrente alternata.


in parallel with the coil of the relay, prevent the formation of high voltages inducted at the moment of the commutation; if they are not cut by the diodes these transistors would broke the pilot transistors.

The outputs marked by the abbreviations OUT1.....OUT6OUT1.....OUT6 represent the contacts of the two relès and so the lines where we connect a stepper motor or a DC motor or a AC motor.



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Lenergia solare, Lenergia solare, nonostante sia tra le fonti energetiche più facili da utilizzare...

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