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PiezoFlags: Soluzione di Energy Harvesting per l'involucro.
- 2. BUILDINGSUBSYSTEMS WIND ENERGY HARVESTING FACADE VENTO INTEGRABILE ENERGIA TECNOLOGICAMENTE AVANZATO INVOLUCRO
- 3. BUILDINGSUBSYSTEMS TECHNOLOGY SOLUTION EFFETTO PIEZOELETTRICO DIRETTO Deformazione meccanica Differenza di potenziale Condensatore collegato a una rete esterna Produzione energia elettrica FUNZIONAMENTO A COMPRESSIONE FUNZIONAMENTO A FLESSIONE
- 4. BUILDINGSUBSYSTEMS PIEZOFLAG - Mensola piezoelettrica - Involucro in fibra di vetro - Flag per incrementare le oscillazioni - Spessori ridotti: corpo snello - Struttura sandwich - Cerniera cilindrica con fine corsa
- 5. BUILDINGSUBSYSTEMS HOW WIND WORKS ON THE LEAVES Formula di Strouhal: 𝒇 𝒔 = 𝑺 𝒕 ∗ 𝒗 𝒃 dove: • b = dimensione della sezione trasversale perpendicolare alla direzione del vento; • v = velocità media del vento; • Stv = numero di Strouhal, funzione della forma della sezione e del suo orientamento rispetto alla direzione del vento. Bluff Body
- 8. BUILDINGSUBSYSTEMS FLAG FIXING Sviluppo del traverso con aggancio piezoflag integrato nel profilo: asole per fissagi con passo 15 cm per garantire flessibilità nella disposizione.
- 9. BUILDINGSUBSYSTEMS ELETRICAL CABLES Asolatura orizzontale del traverso per consentire l’innesto di piezoflag; il cablaggio corre lungo i travrsi (4 fili per ogni elemento captante).
- 10. BUILDINGSUBSYSTEMS ENERGY USE: LIGHTING FACADE - Impiego dell’energia eolica per l’alimentazione di un sistema accessorio - Illuminazione di facciata attraverso led - Diffusione della luce prodotta attraverso profili in PMMA - Totale libertà compositiva del disegno di facciata definito dall’accoppiamento profilo PMMA - led
- 11. BUILDINGSUBSYSTEMS PIEZOELECTRIC CONNECTION TYPES comparato rispetto ai i valori di un singolo elemento COLLEGAMENTO IN PARALLELO: • Stesso voltaggio • Corrente raddoppiata • Capacità raddoppiata COLLEGAMENTO SERIE: • Voltaggio raddoppiato • Stessa corrente • Capacità dimezzata I [μA] V [V] ELEMENTO SINGOLO I [μA] V [V] I [μA] V [V] COLLEGAMENTO IN SERIE COLLEGAMENTO IN PARALLELO
- 12. BUILDINGSUBSYSTEMS CONVERSIONE AC DC Vin Vo ut R D3 D2 D4 D1 Vin Vo ut R D3 D2 D4 D1 Durante la semionda positiva di Vin, conducono (sono polarizzati direttamente) i diodi D2 e D4, mentre i diodi D1 e D3 (in grigio) sono polarizzati inversamente. Durante la semionda negativa di Vin invece, i diodi D1 e D3 sono polarizzati direttamente, mentre i diodi D2 e D4 (in grigio) sono polarizzati inversamente. La corrente che attraversa il carico (la resistenza che rappresenta il circuito) è sempre nello stesso verso, anche durante la semionda negativa di Vin. Quindi anche quando Vin cambia di segno, a causa del comportamento dei diodi, la tensione mantiene lo stesso segno. La corrente alternata non può essere utilizzata direttamente per alimentare circuiti e componenti elettrici, essa deve subire un processo in grado di modificare l'onda sinusoidale, con l'obiettivo di renderla il più possibile continua. Questo compito viene affidato al ponte raddrizzatore, un componente elettronico formato da quattro diodi in grado di far passare le semionde positive e raddrizzare le semionde negative. tra una semionda e l'altra si troverà sempre un piccolo spazio di tempo in cui il livello dell'onda non sarà presente. Questo fattore negativo può essere risolto con un condensatore elettrolitico di livellamento, posto in parallelo, che ha il compito di eliminare le pulsazione della corrente alternata.
- 13. BUILDINGSUBSYSTEMS SCELTA DEL LED CARATTERISTICHE ELETTRICHE E OTTICHE IPOTESI: • 1 LED ogni 15/20 cm 80/100 LED per ogni pannello di dimensioni 1,5 m x 1,5 m • Accensione prolungata dei led pari a 2 ore al giorno POSSIBILI SOLUZIONI: • Collegare in parallelo 40 file di LED in serie, due LED in serie per ogni fila I = 40 * 1mA = 40 mA V = 2 * 2,6V = 5,2V Necessaria una batteria ≥ 5,2 V da almeno 80mAh (40mA * 2 = 80mAh) • Collegare in parallelo 20 file di LED in serie, 4 LED in serie per ogni fila I = 20 * 1mA = 20 mA V = 4 * 2,6V = 10,4V Necessaria una batteria ≥ 10,4 V da almeno 80mAh (20mA * 2 = 40mAh)
- 14. BUILDINGSUBSYSTEMS ENERGY HARVESTING MODULE PZ1 PZ2 ENERGY HARVESTING MODULE VCC GND V+ GND BATTERY Questo modulo può ricevere energia da svariati tipi di sorgenti elettriche e stoccarla a voltaggi più convenzionali come 3.3 V o 5.0 V Connettendo questo modulo a comuni batterie al litio, si può immagazzinare l’energia proveniente dal movimento dei piezo-harvesters PIEZO-HARVESTERS PONTE A 4 DIODI Le travi piezoelettriche si movimentano sotto l’azione del vento, ma generano un voltaggio non continuo
- 15. BUILDINGSUBSYSTEMS WIND DATA Media oraria mensile Frequenza giornaliera media mensile VELOCITA’ DEL VENTO [m/s] DIREZIONE DEL VENTO Media oraria mensile Frequenza giornaliera media mensile
- 16. BUILDINGSUBSYSTEMS WIND DATA COMPARISON CAGLIARI TRIESTE ROMA LECCE Vento utile: 95,5% Vento utile: 70,5% Vento utile: 89,2% Vento utile: 81,3%
- 17. BUILDINGSUBSYSTEMS STUDY ORIENTATION Relazione PRODUTTIVITA’- DIREZIONE DEL VENTO in funzione dell’orientamento della facciata
- 18. BUILDINGSUBSYSTEMS STUDY ORIENTATION COMPARISON CAGLIARI TRIESTE ROMA LECCE
- 19. BUILDINGSUBSYSTEMS SHAPE TEST B1.1 f = 7,4 Hz B2.1 f = 7,0 Hz A2.1 f = 6,2 Hz A1.1 f = 5,4 Hz B1.2 f = 5,4 Hz B2.2 f = 6,6 Hz A2.2 f = 5,6 Hz A1.2 f = 4,8 Hz TEST AERODINAMICI SULLA FORMA: - Della mensola piezoelettrica - Del flag A2 – B2: Trapezio diritto A1 – B1: Trapezio rovescio 1: Trapezio rettangolo 2: Trapezio isoscele
- 20. BUILDINGSUBSYSTEMS WHAT WE AIM TO DO INTERAZIONE VENTO-STRUTTURA VERIFICHE STRUTTURALI STIMA PRODUTTIVITA’ DEL SISTEMA INSERITO IN UNO SCENARIO REALE CONFRONTO DATI CALCOLATI/ DATI SPERIMENTALI VERIFICA AGGANCIO PALETTA VERIFICA AGGANCI PANNELLO