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13°_15_05_2013_ Pompe_di_calore_Fotovoltaico_Solare_a_Concentrazione

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La presentazione affronta i principi di funzionamento di pompe di calore, fotovoltaico e solare termodinamico. Offre anche indicazioni sull'ampia disponibilità di energia da fonti rinnovabili nel mondo e sul cambiamento del panorama elettrico italiano.

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  1. 1. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1
  2. 2. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Indice (1/2)• Le pompe di calore;– Principio di funzionamento;– Tecnologie disponibili;• Il fotovoltaico:– Il principio di funzionamento di un impianto fotovoltaico;– La situazione delle rinnovabili in Italia;– Quanta energia ci offre il sole?• Studio del WWF;• Calcoli di Carlo Rubbia;
  3. 3. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Indice (2/2)• «Pannelli solari gratis»• Il solare termodinamico;
  4. 4. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1POMPE DI CALOREPrincipio di funzionamento e soluzioni esistenti
  5. 5. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Principio difunzionamento… (1/2)
  6. 6. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Coefficienti di prestazione• L’EER (Energy EfficienyRatio) è pari alrapporto tra la potenzafrigorifera fornitaall’ambienteclimatizzato e l’energiaelettrica assorbita:EER = Q0 (kW)/L(kW)• Il COP (Coefficient ofPerformance)rappresenta il rapportofra potenza termicafornita all’ambienteclimatizzato e l’energiaelettrica assorbita:COP = Qt (kW) /L (kW)
  7. 7. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1In arrivo la guida diQualEnergiahttp://qualenergia.it/speciali/20130430-guida-agli-scaldacqua-a-pompa-di-calore
  8. 8. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1FONTE DI CALORE• Pompeaerotermiche(fonte ARIA)• Pompeidrotermiche(fonte ACQUA)• Pompegeotermiche(fonte SUOLO) http://www.youtube.com/watch?v=3bVeajfJcM4
  9. 9. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1…Principio difunzionamento (2/2)http://www.youtube.com/watch?v=3bVeajfJcM4
  10. 10. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Link scaricabile
  11. 11. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Pompe di calore aria-acquao aria-ariaLa sorgente di calore è l’aria esterna;Per il progetto: si fa riferimento alla zona climaticadi appartenenza, a ciascuna delle quali corrispondeun periodo diverso di esercizio dell’impianto diriscaldamento.Questa suddivisione è fatta in base ai «gradigiorno», parametro dato dalla somma di tutte ledifferenza positive giornaliere, fra la temperaturaambiente, fissata convenzionalmente a 20° C e latemperatura esterna giornaliera.Non richiedono alcun iter autorizzativo.
  12. 12. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Pompe geotermiche eidrotermichehttp://www.youtube.com/watch?v=q4TnwZM4Zxo
  13. 13. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Pompe di caloreacqua – acquaAcqua di falda:• 10-15 °C in condizioninormali;• 15-25°C in zone adiacenti aLocalità termali• E’ necessaria un’analisigeologica a cura di uno specialista;• Circuito aperto (pozzi per la captazionedell’acqua) o circuito chiuso;• Portata per 1 kWth ≈ 150 – 200 l/h• Necessaria autorizzazione;Possono impiegare:
  14. 14. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Pompe di caloreacqua – acquaAcque superficiali (mari, fiumi,bacini):- Maggiore variabilità termica(nonostante capacità termica);- Problemi di corrosione o difiltraggio materiali;- Circuito diretto o indiretto;- Portata per 1 kWth ≈ 250 – 400 l/h;- Necessaria autorizzazione;Possono impiegare:
  15. 15. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Pompe di caloresuolo – acquaSorgente geotermica:- D’inverno preleva il caldo dalterreno;- D’estate traferisco calore al terreno;Terreno come serbatoio di prelievo estoccaggio;- Estrazione tramite sonde;
  16. 16. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Pompe di caloresuolo – acquaImpianti geotermici con pozzi verticali:- Più sonde verticali di profondità limitata(100 m);- Indagini preventive (umidità, conducibilitàtermica, densità…);- Sonde con tubi di piccolo diametro in PE oPE reticolato.- Configurazioni ad U e a doppio U;- Materiale di riempimento (buonaconducibilità, bassa solubilità e buonaelasticità).- Fluido termovettore (acqua e antigelo);
  17. 17. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Pompe di caloresuolo – acquaImpianti geotermici con sonde orizzontali:- Minori investimenti iniziali per le spese diperforazione;- Meno efficiente  strati superficiali delterreno variazioni climatiche esterne;- Superfici di terreno molto ampie (fino a duevolte la superficie da climatizzare);- Tubi in PE o PE reticolato ad alta pressione;- Profondità massima di 1 o 2 m;- Influenza importante sulla temperatura delterreno;
  18. 18. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Riscaldamento e ACShttp://www.youtube.com/watch?v=jRkGa-SNFwQ
  19. 19. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1LA CELLA FOTOVOLTAICA:PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
  20. 20. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1L’effetto Fotovoltaicohttp://www.youtube.com/watch?v=PnlPzNj_dSw
  21. 21. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Celle fotovoltaiche• Silicio monocristallino:– 12% < η > 19 %;– Più costosi;– Maggiore sfruttamento della radiazionediffusa;• Silicio policristallino:– Maggiore tolleranza alle alte temperature;– Minore efficienza  maggiore impiego disuperficie;
  22. 22. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Celle fotovoltaicheFilm sottile:• Film sottile al silicio amorfo(a –Si);• Tellururo di Cadmio (Cd- Te);• Seleniuro di Cadmio, Indio e Rame(CIGS);• Celle fotovoltaiche organiche(OPC);• La maggior parte ancora non in commercio;
  23. 23. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Silicio Amorfo• Sottile pellicola di silicio (1-2 μm);• In genere più economiche;• Flessibile e leggero;• Reagiscono meglio in caso dicopertura parziale;• 6% <η<12%
  24. 24. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1QUANTA ENERGIA CI OFFREIL SOLE?Studi relativi al fabbisogno di superficie coperta da impiantifotovoltaici o da solare a concentrazione per soddisfare ilfabbisogno di energia mondiale o italiano
  25. 25. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1La radiazione solare• La radiazione solare copre le lunghezze d’onda comprese fra 0,2 μm(UV) e 2,5 μm (IR);• Gran parte della radiazione ultravioletta è trattenuta a 25 km dallostrato di ozono, le radiazioni infrarosse sono trattenute dal vapord’acqua e dall’anidride carbonica;• Parte della radiazione è poi riflessa dall’atmosfera o trattenuta dallenubi;• Il 47% dell’energia solare arriva sulla superficie terrestre;• Parte della radiazione viene diffusa dall’atmosfera terrestre;luce visibile 0,38 – 0,78 μm
  26. 26. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1La radiazione solare• Oltre che dal tipo di cella solare utilizzata, la capacità diuna cella di convertire l’energia solare in elettricitàdipende anche dall’intensità e dalla composizionespettrale della radiazione incidente; per le celle alsilicio, la banda di sensibilità è compresa tra 0,4 μm e1,1 μm;• Il rendimento medio di una cella fotovoltaica dipendedalla località scelta per l’installazione dell’impianto edalle relative condizioni atmosferiche;
  27. 27. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1La radianza• L’energia che incide nell’unità di tempo su diuna superficie unitaria normale alla radiazionesolare (radianza) fuori dall’atmosfera terrestrealla distanza media della Terra dal Sole vienedefinita «costante solare» (G0) e vale 1367W/m2.
  28. 28. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1La radianza• Il valore massimo della costante solare,misurato sulla superficie terrestre in presenzadi una giornata limpida e soleggiata è di circa1000 W/m2.
  29. 29. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Le componenti dellaradiazione solare• Le componenti della radiazionesolare raccolta al suolo su unasuperficie inclinata rispetto alpiano orizzontale sono:– La radiazione diretta (unico epreciso angolo di incidenza);– La radiazione diffusa raggiungeil suolo da tutte le direzioni(scattering atmosferico dellaradiazione incidente);– La radiazione riflessa (terreno,specchi d’acqua…) ocomponente di albedo;La radiazione diffusa è moltoimportante per i dispositivifotovoltaici che operano anche inpresenza di un ostacolo cheimpedisce la radiazione diretta;
  30. 30. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Le componenti dellaradiazione solare• Se il cielo è nuvolo abbiamo solo radiazione diffusa;• In caso di clima sereno e secco, prevale lacomponente diffusa (90% della radiazione totale);• La radiazione ottimale si ha quando la superficie diraccolta è orientata a sud (angolo di azimut) con unangolo di tilt (inclinazione del pannello rispetto alpiano) di valore simile alla latitudine in cui ci si trova;• Variazioni di φ di una decina di gradi modificanol’energia totale catturata di qualche unitàpercentuale;
  31. 31. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Quanto fotovoltaico per il fabbisognomondiale di energia al 2050?http://awsassets.panda.org/downloads/solar_atlas__low_res__final_8_jan_2013__1_.pdf
  32. 32. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Quanto fotovoltaico per il fabbisognomondiale di energia al 2050?
  33. 33. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Quanto fotovoltaico per il fabbisognomondiale di energia al 2050?• FV oggi: 0,1% fabbisogno energetico mondiale;• Crescita media del 40% dal 2000;• Rapporto WWF: ATLAS con domanda di energia in7 distinte regioni e calcola la superficie necessariaper soddisfarla;• In ciascun caso, è richiesta meno dell’1% dellasuperficie per soddisfare le proiezioni difabbisogno energetico al 2050;
  34. 34. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Quanto fotovoltaico per il fabbisognomondiale di energia al 2050?• Stime prudenziali;• Studio conservativoimpossibile soddisfaretutta la domanda con ilfotovoltaico (anche altrerinnovabili);• Diverse sfide perl’adeguamento della reteelettrica;
  35. 35. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Es. Madagascar
  36. 36. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Il Sole, Energia inAbbondanza…http://www.youtube.com/watch?v=LeCWJvwghnA
  37. 37. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1LA SITUAZIONE DELLERINNOVABILI IN ITALIAL’evoluzione del mercato dell’energia
  38. 38. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1La questione energetica(dati Terna e GSE - 2011)GSE, «Rapporto Statistico 2011 Impianti a fonte rinnovabile»
  39. 39. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1La concorrenza delle rinnovabili el’evoluzione del mercato elettricohttp://qualenergia.it/articoli/20130414-mercato-elettrico-il-PUN-in-altalena-e-lo-zampino-delle-energie-rinnovabili*…+ In certe ore, inoltre, il prezzo minimo pagatoIn certe zone d’Italia scende addirittura a zero,Trascinando il PUN nazionale, macontemporaneamente resta molto alto in altre.[…] PUN. E’ il risultato di aste, che coprono larichiesta di energia prevista, ora per ora, conL’elettricità offerta dai vari operatori. Nelle asteSi accetta, cioè si dispaccia, prima l’offerta piùeconomica e poi, via via, i «pacchetti» più cari, fino a coprire tutto ilfabbisogno […] a determinare il prezzo orario che si applica a tuttigli impianti è la fonte più cara selezionata, […] Le rinnovabili nonprogrammabili, come solare ed eolico, sono offerte a prezzo zero […] Illoro effetto è quindi quello di far scendere ilprezzo dei gruppi di offerte orarie in cui entrano.
  40. 40. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1La concorrenza delle rinnovabili el’evoluzione del mercato elettricohttp://qualenergia.it/articoli/20120503-boom-rinnovabili-e-il-prezzo-del-kwh-tocca-lo-zero
  41. 41. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1L’adattamento della rete: linee ditrasmissione e sistemi di accumuloahttp://www.terna.it/Default.aspx?tabid=6367 http://www.qualenergia.it/articoli/20121112-un-accumulo-per-il-futuro-intervista-a-del-pizzo-di-terna
  42. 42. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1«PANNELLI SOLARI GRATIS»
  43. 43. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Un preventivo di impianto
  44. 44. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1IL PRINCIPIO DIFUNZIONAMENTO DEL SOLARETERMODINAMICO
  45. 45. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Schema del Processo
  46. 46. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1• sistemi puntuali, capaci di spingersi alle più elevate temperature delfluido termovettore• sistemi lineari, tecnologicamente più semplici, ma con un più bassofattore di concentrazioneTipi di Impianti SolariTermodinamici CSP
  47. 47. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1• Olio sintetico ---> temp max 400 C°---> rischio di impatto ambientale---> non idoneo per accumulo termico• Sali fusi ---> 550 C°---> non tossici (NaNO3, KNO3)---> economici• Acqua ---> temperature ancora più elevate---> generazione di vapore all’ interno dei collettoriFluido Termovettore
  48. 48. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Gli eliostati concentrano la radiazionesolare su un singolo ricevitore posto sullasommità della torre:• l’ energia termica così concentratatrasferisce calore al fluido contenutonel ricevitore• il fluido viene trasportato ad ungeneratore di vapore che è collegatoad una turbina• il vapore prodotto aziona la turbina• la turbina trasferisce la sua energiameccanica all’ alternatore, che laconverte in energia elettrica.Sistemi a torre
  49. 49. Rendimento 18-20%
  50. 50. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Sono costituiti da pannelliriflettenti di forma parabolica cheinseguono il movimento del discosolare attraverso un meccanismodi spostamento biassiale, econcentrano la radiazioneincidente su un ricevitoreposizionato nel punto focale.Il calore ad alta temperatura vienetrasferito ad un fluido e convertitoin energia elettrica grazie ad unmotore posizionato al di sopra delricevitore.Concentratori a discoparabolico
  51. 51. Rendimento 30%• diametro max 15m• potenza elettrica 25-30kW
  52. 52. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Il Solare a Concentrazionehttp://webtv.sede.enea.it/index.php?page=listafilmcat2&idfilm=2&idcat=1
  53. 53. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Questo tipo di impiantoè formato da specchiparabolici - che ruotanosu un solo asse - cheriflettono econcentrano la lucediretta del sole su untubo ricevitore postonel fuoco delparaboloide.Concentratoriparabolici lineari
  54. 54. Rendimento 10%tecnologia più economicae più matura
  55. 55. Vantaggi dei sistemi CSP• produzione di elettricità più uniforme rispetto al fotovoltaico• più veloce e più economica da riparare rispetto ad una comunecentrale a turbogas• sono in grado di fornire potenze elettriche da alcuni kW fino acentinaia di MWSvantaggi dei sistemi CSP• notevoli superfici libere da occupare in rapporto allaproduzione elettrica• tecnologia relativamente nuova
  56. 56. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Andasol 1Guadix (Granada)Dicembre 2008≈ 50 MW≈ 510 ha di specchi3644 ore/annoAlcuni Impianti operativiArchimedePriolo Gargallo (Sr)Luglio 2010≈ 5 MW30 ha di specchi3000 ore/annoLink notizia Corriere della Sera
  57. 57. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1GemmasolarFuentes de Andalucia (Siviglia)In completamento≈ 19,9 MW≈ 185 ha di specchi6500 ore/annoAlcuni Impianti operativiAndasol 2Guadix (Granada)Marzo 2009≈ 50 MW≈ 510 ha di specchi3644 ore/anno
  58. 58. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1Altri ImpiantiEuropean Solar Thermal Electricity Associationhttp://www.estelasolar.eu/index.php?id=19
  59. 59. A+++15/05/2013 Tredicesimo Incontro,Comune di Pesaro, Sala Rossa,Piazza del Popolo 1GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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