ISTITUTO COMPRENSIVO SAN VENDEMIANO Scuola Secondaria di 1°grado «G. Saccon»

CLASSI 3^C – 3^E

Il futuro verde sostenibile: cogli l’attimo … splendente

Concorso Eliopolis. La città del futuro

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

Sole vs combustibili fossiliNel 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 anni il surriscaldamento terrestre sta variando le condizioni climatiche del nostro pianeta.Il Consiglio Europeo ha iniziato ad incentivare forme di energia rinnovabili e pulite che non comportino immissioni di alcun tipo nell’atmosfera.

Energie rinnovabili: forme di energia  prodotte da fonti che si rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate o non sono "esauribili" nella scala dei tempi "umani". Il loro utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future e sono forme di energia pulita cioè non inquinante.

SOLE FONTE PRINCIPALEDI ENERGIA

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 quali: i combustibili fossili, il vento, l’acqua, la biomassa, le maree.

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/m2

L'area coperta, necessaria per fornire l'energia equivalente alla richiesta primaria di energia attuale, è indicata dai dischetti

scuri.

TW (tera watt ) = 1012 W Twe (tera watt energia)

Irraggiamento annuale in Italia

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

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

Svantaggi

Energia solare

Energia solare: usoL’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 SOLARITERMICO: 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 fini del riscaldamento dell'acqua corrente in sostituzione delle caldaie alimentate tramite gas naturale.

A CONCENTRAZIONE: riscalda un fluido per generare con un turbo-alternatore energia elettrica (centrali elettriche solari).

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

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

Il primo a riconoscere questo fenomeno nel 1888 fu Augusto Righi, fisico italiano di Bologna

anche se si dovettero aspettare gli scritti di Einstein per una formalizzazione del principio fisico

Principio fotovoltaico

Tecnologia fotovoltaica

Usando i semiconduttori, i moduli solari fotovoltaici creano potenza convertendo la luce del Sole in elettricità.

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 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 vetro.

Ogni cella è composta principalmente da due strati: uno carico positivamente e l’altro negativamente.

Un pannello fotovoltaico è costituito da alcune decine di celle di silicio connesse mediante giunti conduttori

Questo produce un campo elettromagnetico stabile all’interno della cella che convoglia il flusso di elettroni

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

Il principio fotovoltaicoLa capacità dei fotoni di estrarre elettroni dagli

atomi è detto effetto fotoelettrico.

E

La cella fotovoltaica è costituita da una lamina di silicio che si presenta in genere di colore nero o blu.

Piccole quantità di celle fotovoltaiche in silicio si trovano in calcolatrici, orologi ecc.

Il rendimento della cella fotovoltaica si ottiene valutando il rapporto tra l'energia elettrica prodotta dalla cella e l'energia della radiazione solare che investe l'intera sua superficie.

Centrale fotovoltaica

Quando i fotoni (particelle di energia del Sole) colpiscono una cella fotovoltaica, una parte di energia è assorbita dal materiale e alcuni elettroni scorrono attraverso il materiale semiconduttore (opportunamente trattato) producendo una corrente continua.

fotone

Elementi di una centrale

fotovoltaica

CELLA

MODULOPANNELLO

STRINGA

CAMPO

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 (“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 esteso delle dimensioni di partenza.

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 consiste nella costanza dell'illuminazione e nella mancanza di condizioni atmosferiche (nuvole, pioggia, ecc.) che riducono l'afflusso di energia.

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 dollari statunitensi per chilogrammo, il prezzo preciso dipenderà dal numero di lanci necessari per la messa in orbita.

Questo modo di acquisire energia è solo, per ora, a livello sperimentale.

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

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.

FOTOVOLTAICO A CONCENTRAZIONE IN CALIFORNIA

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

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.

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

Twin focus(sviluppato da AtemEnergia)Lastra in vetro

(Ottica di focalizzazione) Celle multigiunzione

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

Dissipatori(il calore arriva a 600 °C)

I raggi solari, grazie alla lastra di vetro che funge da lente, vengono concentrati e riflessi sulla cella a

tripla giunzione ad altissima efficienza.

I CPV (Concentrating PhotoVoltaics) sono pannelli fotovoltaici a

concentrazione che offrono maggiore efficienza e risparmio rispetto a quelli in

silicio.

CPV

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

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 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

Tracker: Inseguitore biassiale

Sistema di puntamento con precisione angolare migliore

di 0,1°

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 FUTURIPer migliorare i moduli CPV:• il dissipatore diventa struttura;• l’energia dissipata in calore può diventare fonte

di riscaldamento di un circuito collegato

CRIT

ICIT

A’

• 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 “Conto Energia”Questo conto ha fatto raggiungere così importanti risultati che è stato necessario introdurre nuovi fondi, 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.

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.

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

Lo scopo è migliorare le città con tecnologie 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);

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.

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.

BILANCIO ENERGETICO ITALIANO 2013 IN TERAWATTORA

PRODUZIONE NETTA ANNO 2012

ANNO 2013

VARIAZIONE %

2012/13

TERMOELETTRICA 207,3 182,5 -12

IDROELETTRICA 43,2 52,5 21,4

FOTOVOLTAICA 18,6 22,1 18,9

EOLICA 13,3 14,8 11,6

GEOTERMOELETTRICA 5,2 5,3 1

TOTALE 287,8 277,2 -3,6ANNO 2012 ANNO 2013 VARIAZIONE %

2012/13-50

0

50

100

150

200

250

TERMOELETTRICA

TERMOELETTRICA

Vince il GREEN: l’energia rinnovabile

ha superato quota 100 teraWattora

IDRO

ELET

TRIC

A

FOTO

VOLT

AICA

EOLIC

A

GEO

TER-

MO

ELET

TRIC

A

0

10

20

30

40

50

60

ANNO 2012

ANNO 2013

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

SONO STATI INSTALLATI CON

POSA SU TERRAZZO: 1 impianto

SCUOLA PRIMARIA S. Francesco.

POSA RETROFIT: 2 impianti

SCUOLA SECONDARIA DI 1° GRADO G. Saccon; SCUOLA PRIMARIA S. Francesco.

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

I PANNELLI SI INTRAVEDONO DAL BASSO

SCHEMA FUNZIONAMENTO IMPIANTO FOTOVOLTAICO

MODULI FOTOVOLTAICI

INVERTER CONTATORE

UTENZA

CONTATORI SCAMBIO/VENDITA

RETE NAZIONALE DDISTRIBUZIONE

LINEA ELETTRICA

SENSO DEL FLUSSO DI ENERGIADALLA RETE

SENSO DEL FLUSSO DI ENERGIA FOTOVOLTAICA

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

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  collegamento con la rete elettrica nazionale. L'energia prodotta viene riversata in rete, conteggiata dal Gestore, il quale l’acquista oppure permette di consumarla al momento richiesto. In questo caso sono previsti gli incentivi statali i quali aiutano ad ammortizzare il costo dell'impianto.

GiorniFEBBRAIO Tempo meteorologico

Potenza attuale(energia prodotta al momento KW)

Emissioni evitate Kg CO2

34

Pioggia0.651.79

6584165845

5 Nuvoloso 1.56 65847

6 Poco coperto

14.22 65861

7 Nebbia 1.61 65908

810

Coperto4.20.8

6591965955

11 Pioggia 4.76 65962

12 1314

Sereno

19.0816.5117.55

659996604966097

1517

Coperto8.143.95

6614966179

18 Sereno 15.9 66209

19 Nuvoloso 0.43 66244

20 Coperto 2.06 66248

21 Sereno 14.73 66266

nuvoloso

nebbia

pioggia

sereno

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Potenza prodotta KW

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

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 2265600

65700

65800

65900

66000

66100

66200

66300

Emissioni di Kg CO2 evitate in 19 giorni

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)

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.

Cultura, know how, istruzione, ricerca e innovazione

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)

Sviluppo eco-sostenibile & Occupazione

Dobbiamo smettere di scavare e volgere lo sguardo in alto:

impariamo a

coltivare il Sole!

3^CBazzo 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

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

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

3^E

Docenti

Alunni

Piai NicholasSlama Sefi NizarSteffan MatildeSylla MalickTomasella GiuliaZamuner CarlottaZanardo Anita