ISTITUTO COMPRENSIVO SAN VENDEMIANO Scuola Secondaria di 1°grado «G. Saccon» CLASSI 3^C – 3^E Concorso Eliopolis. La città del futuro

a.s. 2013-2014 - 1 a edizione -

Sole vs combustibili fossili

Nel 1973 in Italia, in seguito alla crisi energetica, si è cominciato a guardare con attenzione al Sole come fonte alternativa per la produzione di energia elettrica.

In questi ultimi surriscaldamento anni il climatiche del terrestre sta variando le condizioni nostro pianeta.

Il Consiglio Europeo iniziato ad incentivare forme di energia pulite che non comportino immissioni di rinnovabili alcun ha e tipo nell’atmosfera.

SOLE FONTE PRINCIPALE DI ENERGIA

Energie rinnovabili:

forme di energia rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani".

pregiudica le risorse naturali per le generazioni future e sono forme di energia pulita cioè non inquinante. prodotte da fonti che si Il loro utilizzo non L'energia solare è l'energia associata alle radiazioni solari e rappresenta la fonte primaria di energia sulla Terra che rende possibile la vita.

Il Sole in ogni istante illumina la superficie terrestre con 50 milioni di GWATT (quantità migliaia di volte superiore a quella consumata.)

Da questa energia derivano più o meno direttamente quasi tutte le altre fonti energetiche disponibili fossili, il vento, l’acqua, la biomassa, le maree.

quali: i combustibili

Irraggiamento annuale in Italia

I colori nella mappa sottostante indicano la

potenza media solare che

raggiunge la Terra, tenendo conto anche della copertura nuvolosa indicata dai satelliti meteorologici.

La scala è in watt/m 2

L'area coperta, necessaria per fornire l'energia equivalente alla

richiesta primaria di energia

attuale, è indicata dai dischetti scuri.

TW (tera watt ) = 10 12 W Twe (tera watt energia)

Vantaggi

 è rinnovabile  è una fonte è gratuita, pulita e inesauribile  non produce inquinamento in quanto non si bruciano sostanze che poi rilasciano nell’atmosfera gas serra  riduce il consumo di combustibili fossili  aumenta il valore economico di una casa  mette in moto un settore economico in ascesa (green economy)  i suoi impianti sono robusti • ha costi bassi di manutenzione • ha un sistema di installazione modulare e quindi veloce

Energia solare Svantaggi

• • • • • smaltimento costoso produzione discontinua, rendimento non molto elevato superfici occupate elevate alto costo iniziale

Energia solare: uso

L’energia solare può essere usata in molteplici modi, quelli più usati sono: le celle fotovoltaiche e i pannelli solari termici.

I pannelli solari termici possono essere: • ad uso domestico per produrre acqua calda nei mini-impianti familiari • ad uso industriale per produrre vapore per generare energia elettrica I pannelli fotovoltaici sono utilizzati: • ad uso domestico ed aziendale per produrre direttamente energia elettrica

Uso domestico

Pannelli SOLARI

TERMICO

fini del naturale.

: riscalda un fluido nell'ambito di un impianto di riscaldamento o produzione di acqua calda.

Permette di catturare l'energia solare, immagazzinarla e usarla nelle maniere più svariate, in particolare ai riscaldamento dell'acqua corrente in sostituzione delle caldaie alimentate tramite gas

A CONCENTRAZIONE

generare con un turbo-alternatore energia elettrica (centrali elettriche solari).

: riscalda un fluido per

FOTOVOLTAICO:

elettrica mediante l’effetto fotovoltaico utilizzando la necessaria converte direttamente in energia elettronica e talvolta anche sistemi meccanici-automatici ad inseguimento solare.

Ibrido

: sistema di accoppiamento di un pannello solare termico con un pannello solare fotovoltaico.

Principio fotovoltaico

Il questo fenomeno nel 1888 fu primo Augusto a riconoscere Righi, fisico italiano di Bologna anche aspettare Einstein se gli si per dovettero scritti di fisico una formalizzazione del principio

Tecnologia fotovoltaica

Usando i

semiconduttori

Sole in elettricità.

, i moduli solari fotovoltaici creano potenza convertendo la luce del Il materiale semiconduttore, più utilizzato per la costruzione delle celle fotovoltaiche, è il

silicio cristallino

, uno degli elementi chimici più diffusi sulla crosta terrestre.

Altri materiali usati per la costruzione delle celle fotovoltaiche sono: rame, indio, diselenide , cadmio, telluride Per rivestire e proteggere vetro.

gli sottili strati di materiale semiconduttore, la maggior parte delle tecnologie fotovoltaiche utilizza il vetro.

Circa l’80% del peso di un modulo è costituito da

Il principio fotovoltaico

La capacità dei fotoni di estrarre elettroni dagli atomi è detto

effetto fotoelettrico

.

Un pannello fotovoltaico è costituito da alcune decine di celle di silicio connesse mediante giunti conduttori Ogni cella è composta principalmente da due strati: uno carico positivamente e l’altro negativamente.

Questo produce di elettroni un campo elettromagnetico stabile all’interno della cella che convoglia il flusso Gli strati di alluminio e biossido di silicio costituiscono gli elementi del circuito stesso, permettendo la transizione di corrente.

Arriva un fotone (lo strato anti-riflettente favorisce l’assorbimento) che interagisce con gli atomi dello strato P (positivo) liberando un elettrone che viene convogliato verso il circuito:

ABBIAMO LA CORRENTE E

La costituita da una lamina di silicio cella genere di fotovoltaica colore nero o blu .

è che si presenta in Piccole quantità fotovoltaiche trovano

orologi

in ecc.

in di silicio celle si

calcolatrici,

Il

rendimento

fotovoltaica dalla investe cella superficie.

si e della cella l'intera ottiene valutando il rapporto tra l'energia elettrica prodotta l'energia della radiazione solare che sua

Centrale

fotovoltaica

fotone

Elementi di una centrale fotovoltaica MODULO PANNELLO Quando i di colpiscono energia scorrono è

fotoni

energia del una (particelle fotovoltaica, una parte di assorbita attraverso Sole)

cella

dal materiale e alcuni elettroni il materiale semiconduttore (opportunamente trattato) producendo continua.

una corrente STRINGA CAMPO CELLA

Il silicio ha processi di estrazione e lavorazione molto costosi.

Strategie per il futuro: Espandere il silicio.

Alcuni ricercatori della Stanford University, in California, hanno realizzato un chip a base di silicio che è possibile espandere meccanicamente (“ esteso delle dimensioni di partenza.

stretchare

” in gergo statunitense, praticamente stirare il chip in ogni direzione allungandolo) in modo da coprire un’area più ampia. Questo chip può arrivare ad essere centinaia di volte più Usare le nanotecnologie.

La Nanosolar produce celle fotovoltaiche di terza generazione ottenute tramite stampaggio su materiale flessibile di nano particelle in lega di rame, indio, gallio e selenio (CIGS: la loro efficienza è del tutto identica all’efficienza di quelle al silicio, ma il loro costo si aggira attorno ad un quinto, costo inferiore anche a quello dello sfruttamento del carbone) con un nuovo “

inchiostro energetico

” in grado di trasformare la radiazione solare in energia elettrica..

Concentrare i raggi solari

(tecnologia

CPV

).

Dal Canada la Emcore Corp, azienda fornitrice di stazioni solari spaziali e sistemi di comunicazione, si è lanciata nell’applicazione sul suolo terrestre delle avanzatissime tecnologie prima sperimentate solo fuori dall’atmosfera.

Il concentratore, con dimensioni di 1 centimetro quadrato

, è in grado di generare la stessa energia di 500 cm quadrati di celle solari convenzionali.

La tecnologia CPV viene sfruttata da un’azienda del nostro territorio trevigiano: UNITEK S.r.l.

che lavora in spin-off con il dipartimento di Fisica dell’Università di Padova.

Una centrale solare orbitale è un'ipotetica centrale elettrica costituita da uno o più satelliti che, tramite celle fotovoltaiche, convertono la luce del Sole in corrente elettrica e poi, tramite un'antenna, trasmettono con microonde o raggi laser l'energia ottenuta.

Il vantaggio dell'illuminazione consiste e nella nella costanza mancanza di condizioni atmosferiche (nuvole, pioggia

,

che riducono l'afflusso di energia.

ecc.)

Un grosso problema sarà quello della messa in orbita del materiale. All'attuale costo dello Space Shuttle il trasporto costa tra gli 8.000

e gli 11.000

necessari per la messa in orbita.

dollari statunitensi per chilogrammo, il prezzo preciso dipenderà dal numero di lanci Questo solo, per modo di acquisire energia è ora, a livello sperimentale.

Per il stanno nuovi in ostacoli futuro, si cercando metodi trasmissione laser verso la Terra, grado oltrepassare tecnici economici.

di dei di gli ed

FOTOVOLTAICO A CONCENTRAZIONE IN CALIFORNIA

Il più grande impianto in esercizio è situato in California , presso Los Angeles.

Possiede 118 pannelli di grandi dimensioni che sfrutteranno il Sole del deserto, con 250 MW di potenza.

Potrà coprire il consumo di 54.000 abitazioni.

La centrale solare USA, attivata nel 2014, aumenterà del 50% la portata totale di energia solare a concentrazione installata negli Stati Uniti.

In Europa, la maggior centrale fotovoltaica sorge ai piedi del Gargano in Puglia (Italia) e si estende su un area di 4000 mq.

Impianto fotovoltaico a Cremona: nell’anno 2011 l’impianto, al netto dell’energia utilizzata per l’autoconsumo, ha prodotto per la rete nazionale 578.257 kWh di energia elettrica.

CPV

I CPV (Concentrating PhotoVoltaics) sono pannelli fotovoltaici a concentrazione che offrono maggiore efficienza e risparmio rispetto a quelli in silicio.

I raggi solari, grazie alla lastra di vetro che funge da lente, vengono concentrati e riflessi sulla cella a tripla giunzione ad altissima efficienza.

Lastra in vetro

(Ottica di focalizzazione)

Twin focus

(sviluppato da AtemEnergia)

Celle multigiunzione

(Sequenza a strati di semiconduttori di diversa composizione e spessore)

Dissipatori

(il calore arriva a 600 ° C)

VANTAGGI … miglior efficienza (fino al 26%)

I nuovi materiali, rispetto il silicio, oppongono meno Resistenza al passaggio dell’energia elettrica anche in presenza di temperature elevate, rendendo il sistema particolarmente adatto alle aree con alti livelli di irraggiamento.

• • • I materiali utilizzati nelle celle multigiunzione: riescono a catturare i diversi raggi dello spettro solare: la giunzione superiore (Indio, Gallio, Fosforo) assorbe e converte la radiazione blu la giunzione intermedia (Indio, Gallio, Arsenico) converte in particolare la parte visibile la giunzione inferiore (Germanio) converte la radiazione infrarossa Sistema di puntamento con precisione angolare migliore di 0,1 ° Tracker: Inseguitore biassiale I pannelli cambiano posizione a seconda dell’ora solare (ruotano su assi orizzontale e verticali), in modo che i raggi arrivino per maggior tempo e sempre perpendicolari Dimensioni celle 0.5 cm x 0.5 cm

VANTAGGI … risparmio di spazio, tempo e risorse

• • • • • • Si possono usare materiali riciclati e riciclabili come plastica e alluminio.

Si possono usare concentratori in plastica economici.

Il fotovoltaico a concentrazione ha benefici fiscali maggiori I moduli costruiti interamente in Italia beneficiano di un ulteriore premio del 10% sugli incentivi Si spreca meno spazio per ospitare l’installazione La necessaria pulizia è rapida ed economica

PROGETTI FUTURI

• • Per migliorare i moduli CPV: il dissipatore diventa struttura; l’energia dissipata in calore può diventare fonte di riscaldamento di un circuito collegato • • • La lastra di vetro riduce comunque l’efficienza energetica del pannello perché impedisce al 10% dei raggi di passare.

L’efficacia del pannello è resa nulla quando il cielo è coperto. I pannelli non possono essere installati su tetti a falda

NORMATIVA GREEN ITALIA E EUROPA

: stato dell’arte

La politica energetica del nostro Paese si rifà alla normativa vigente in Europa … e, in particolare, agli obiettivi fissati dal

Pacchetto clima-energia «20-20-20»

Dal 28 luglio 2005 il nostro Paese ha introdotto un piano che prevede la remunerazione dell’energia elettrica prodotta dagli impianti fotovoltaici: il “ che è stato necessario

Conto Energia introdurre nuovi fondi

” Questo conto ha fatto raggiungere così importanti risultati , in quanto essi si sono esauriti prima della scadenza imposta dai decreti.

Il

Piano d'Azione Nazionale per le energie rinnovabili (PAN),

adottato dal Governo Italiano nel giugno 2010, prevede che, entro il 2020,

il 26%

del nostro fabbisogno energetico

venga coperto mediante la produzione di energia rinnovabile

I prezzi di realizzazione degli impianti dovrebbero scendere ulteriormente durante quest’anno portando, così, il comparto del solare alla

grid parity

, cioè in una situazione in cui il costo del kwh prodotto dal fotovoltaico è minore di quello d’acquisto.

Il fotovoltaico diventerà realmente competitivo con l’elettricità prodotta dalle centrali convenzionali!

Bruxelles si è spinta oltre con la direttiva 31/2010 e ha stabilito che… dal 1 gennaio 2021 tutti i nuovi edifici dovranno garantire prestazioni di rendimento dell’involucro, tali da non aver bisogno di apporti per il riscaldamento e il raffreddamento, oppure di soddisfarli attraverso le fonti rinnovabili.

SMART CITY

: ri-pensare la

città contemporanea.

Le tecnologie hanno un ruolo sempre più importante all’interno delle nostre città e diventeranno un elemento di uso quotidiano e spontaneo per i cittadini.

• •

Lo scopo è tecnologie migliorare le città con sostenibili che

•

permettano:

una gestione intelligente del

traffico

; lo sviluppo di

smart grid

(gestione della rete elettrica) che incentivino

l’uso di energie rinnovabili

; lo sviluppo di

smart building

(con riduzione di energia e immissioni CO2); Da qui al 2020 le città italiane che vorranno diventare smart, anche con politiche sociali, avranno degli incentivi statali, una quota di questi sarà destinata ai giovani di età non superiore ai 30 anni che vogliano presentare

Progetti di Innovazione Sociale

.

60 50 40 30 20 10 0

BILANCIO ENERGETICO ITALIANO 2013 IN TERAWATTORA PRODUZIONE NETTA ANNO 2012 ANNO 2013 VARIAZIONE % 2012/13 TERMOELETTRICA IDROELETTRICA FOTOVOLTAICA EOLICA GEOTERMOELETTRICA TOTALE 207,3 43,2 18,6 13,3 5,2 287,8 182,5 52,5 22,1 14,8 5,3 277,2 -12 21,4 18,9 11,6 1 -3,6

ANNO 2012 ANNO 2013

TERMOELETTRICA

250 200 ANNO 2012 150 ANNO 2013 100 50 VARIAZIONE % 2012/13 0 -50 ANNO 2012 ANNO 2013 VARIAZIONE % 2012/13

Vince il GREEN

: l’energia rinnovabile ha superato quota 100 teraWattora Le rinnovabili elettriche, cioè fotovoltaico ed eolico nel complesso, in Italia, sono aumentate del 15,5% rispetto il 2012.

La produzione da fonti rinnovabili è dunque al 38,5% della produzione nazionale.

Sul bilancio delle fonti pulite pesa però il costo degli incentivi statali: è il rovescio della medaglia dei risparmi crescenti sulla bolletta energetica italiana.

Fonte: Corriereconomia – Osservatorio Energia – lunedì 27 gennaio 2014

IMPIANTI FOTOVOLTAICI

IL COMUNE DI S.VENDEMIANO HA INSTALLATO NELLE NOSTRE SCUOLE PANNELLI FOTOVOLTAICI CON POTENZA FINO A 20Kwp (potenza di picco).

SONO STATI INSTALLATI CON POSA SU TERRAZZO: 1 impianto SCUOLA PRIMARIA S. Francesco.

I PANNELLI SI INTRAVEDONO DAL BASSO

POSA RETROFIT: 2 impianti SCUOLA SECONDARIA DI 1 ° GRADO G. Saccon; SCUOLA PRIMARIA S. Francesco.

SCHEMA FUNZIONAMENTO IMPIANTO FOTOVOLTAICO

MODULI FOTOVOLTAICI LINEA ELETTRICA INVERTER

converte la corrente continua del sistema in corrente alternata per l’immissione in rete

CONTATORE SENSO DEL FLUSSO DI ENERGIA FOTOVOLTAICA RETE NAZIONALE D DISTRIBUZIONE SENSO DEL FLUSSO DI ENERGIA DALLA RETE CONTATORI SCAMBIO/VENDITA UTENZA

DISPLAY INSTALLATO NEGLI ATRI DELLE SCUOLE

ENERGIA PRODOTTA AL MOMENTO in KWh ENERGIA PRODOTTA FINO A QUEL MOMENTO in KWh CO2 NON PRODOTTA E NON IMMESSA NELL’ATMOSFERA

GRID_CONNECTED

l’acquista oppure collegamento con la rete elettrica nazionale.

L'energia prodotta viene riversata in rete, conteggiata dal Gestore, il quale permette di consumarla al momento richiesto.

In questo caso sono previsti gli incentivi statali i quali aiutano ad ammortizzare il costo dell'impianto.

7 8 10 11 12 13 14 15 17 18

Giorni FEBBRAIO Tempo meteorologico

3 4 5 6 Pioggia Nuvoloso Poco coperto Nebbia Coperto Pioggia Sereno Coperto Sereno

Potenza attuale (energia prodotta al momento KW)

0.65

1.79

1.56

14.22

1.61

4.2

0.8

4.76

19.08

16.51

17.55

8.14

3.95

15.9

Emissioni evitate Kg CO 2

65841 65845 65847 65861 65908 65919 65955 65962

Emissioni di Kg CO

66300 66250 66200 66150 66100 66050 66000 65950 65900 65850 65800 0 5 10

2 evitate in 19 giorni

15 20 25

Potenza prodotta KW

65999 66049 66097 66149 66179 66209

sereno pioggia nebbia

19 Nuvoloso 0.43

66244

nuvoloso

0 5 10 15 20 20 Coperto 2.06

66248 21 Sereno 14.73

66266 Dati ricavati dal display dell’impianto fotovoltaico della scuola G. Saccon nei giorni di febbraio

Gli scienziati affermano che abbiamo 10 anni per cambiare il nostro stile di vita per evitare l’esaurimento delle risorse naturali ed impedire un’evoluzione catastrofica del clima sulla Terra.

(fonte: Home di Homeproject 29 luglio 2010)

Cultura, know how, istruzione, ricerca e innovazione

sono risorse inesauribili, parole chiave per uscire dalla crisi economica mondiale e allo stesso tempo salvare il nostro ambiente naturale e la nostra qualità di vita.

Sviluppo eco-sostenibile & Occupazione

Fino ad oggi, Stati Uniti, Cina, Germania, India e Spagna sono i principali investitori nel settore terziario avanzato dell’energia rinnovabile. Hanno

già creato più di 2,5 milioni di posti di lavoro in questo settore.

(fonte: Home di Homeproject 29 luglio 2010)

Nel corso del 2012 il numero delle imprese trevigiane è drasticamente calato, tranne una crescita per il terziario avanzato (più di 731 imprese in più da inizio crisi), settore innovativo che si basa sulla ricerca e l’innovazione

«Bisogna incentivare il terziario ad alto contenuto di conoscenza, che può costituire un valido sbocco occupazionale per molti giovani ad alta scolarizzazione »

(fonte: Piano Strategico Provincia di Treviso 2013)

Dobbiamo smettere di scavare e volgere lo sguardo in alto:

impariamo a coltivare il Sole!

Alunni

Bazzo Ilaria Bedana Sara Bet Martina Bin Leonardo Bit Nicola Borroni Simona Cettolin Francesco Chirco Giuseppe Da Dalto Anna De Toffoli Simone Furlan Francesco Izimiuc Roxana Krčmar Luka Krčmar Marko Milanese Chiara Ouarga Karima Perinot Erica Perinot Irene Saccon Guido Tonello David Villivà Teresa Bajramoski Adnan, Barattin Alessio Barazza Alessia Bin Ambra Bit Giovanni Bivona Simone Bolzan Manuel Casadoro Daniele Curiale Nicole Da Ronch Gianni Dal Pos Anita Dall’Antonia Giorgia Fantuzzi Mattia Gobitti Francesco Krčmar Milica Lucchese Marta Manente Lisa Mazzer Serena Piai Nicholas Slama Sefi Nizar Steffan Matilde Sylla Malick Tomasella Giulia Zamuner Carlotta Zanardo Anita

Docenti

3^C 3^E

A. Apicella (Scienze) C. Cester A. Cietto A. Neglia (Geografia) C. Cettolin (Scienze) (Italiano) V. De Marchi (Italiano) M. Donadon (Arte) R. Pini (Arte) D. Valenti (Sostegno) (Sostegno) M. Sartori (Musica) S. Sorce (Tecnologia)