Facoltà di Architettura “Luigi Vanvitelli” · CORSO DI LAUREA IN SCIENZE DELL’ARCHITETTURA Laboratorio di Costruzione dell'Architettura 1 A - a.a. 2009-2010 prof. arch. M

CORSO DI LAUREA IN SCIENZE DELL’ARCHITETTURA Laboratorio di Costruzione dell'Architettura 1 A - a.a. 2009-2010prof. arch. M. I. Amirante – tutor d’aula arch. R. De Martino

Sistemi solari passivi e attivi


Facoltà di Architettura “Luigi Vanvitelli”Seconda Università degli Studi di Napoli



Il flusso di energia solare ai confini della nostra atmosfera risulta mediamente di 1353 W/m2. Questo valore è chiamato “costante solare”. Il flusso di energia incidente al suolo, tenuto conto dell’assorbimento atmosferico è in Italia circa 1000 W/ m2 [al suolo]

La radiazione globale al suolo (G), è la somma di tre componenti, diretta, diffusa e di albedo. La radiazione diretta (I) è data dalla radiazione ai confini dell’atmosfera detratto la quota assorbita e diffusa dall’atmosfera durante l’attraversamento dei raggi solari. La radiazione diffusa (D), è dovuta alla diffusione della radiazione solare da parte delle particelle gassose o solide presenti nell’atmosfera [dal 15 – 25% del totale in una giornata serena al 100% in caso di cielo totalmente coperto]. La componente di albedo (R) è infine dovuta alla radiazione riflessa sulla superficie interessata da parte di altre superfici, del suolo o di altri corpi direttamente visibili (edifici, montagne, etc..). Essa è spesso determinata sperimentalmente.

La radiazione solare



La radiazione diretta, preponderante rispetto alla diffusa in condizioni di cielo sereno, tende a ridursi all’aumentare dell’umidità e della nuvolosità presente nell’aria, fino ad annullarsi in condizioni di cielo completamente coperto.

La radiazione solare



Per un osservatore che dalla Terra osservi il cielo, il percorso del Sole sulla volta celeste assume la forma di un arco che varia sia durante il corso dell’anno che con la latitudine del luogo.

Durante il corso dell’anno la durata delle ore di luce ed il percorso del sole subiscono delle modifiche al variare delle stagioni. La durata di luce è massima al solstizio d’estate (21 giugno) giorno in cui, alle ore 12, il sole raggiunge il punto più alto nel cielo nel corso di tutto l’anno; il caso opposto si verifica al solstizio d’inverno (21 dicembre) mentre ai due equinozi di primavera (21 marzo) e di autunno (21 settembre) l’altezza del sole alle 12 è intermedia tra la massima e la minima e le durate del giorno e della notte sono esattamente pari a 12 ore in tutto il globo.

La posizione del sole rispetto ad un punto sulla terra è determinata dall’angolo di altezza solare α (tilt) e dall’angolo azimutale γ. Il primo è l’angolo verticale che la direzione collimata al sole forma con il piano orizzontale; il secondo èl’angolo orizzontale tra il piano verticale passante per il sole e la direzione del sud, ed è positivo verso est e negativo verso ovest. Questi due angoli variano con la Latitudine del luogo, l’ora del giorno ed il mese considerati.

Il percorso solare



L'accresciuta sensibilità ad un uso razionale delle risorse energetiche e la grande attenzione nei confronti dell'ambiente hanno portato alla nascita di una "cultura energetica" che ha finito per influenzare anche il settore edile.

Oggi, infatti, l'edificio non va più concepito come un elemento passivo che fagocita enormi quantità di energia, ma come strumento di produzione diretta di energia, utilizzabile in loco e/o a distanza (tramite la rete di distribuzione) al fine di soddisfare le richieste energetiche. La progettazione di questi edifici "energeticamente intelligenti" può essere eseguita seguendo fondamentalmente due vie tra loro compatibili:

• la progettazione secondo criteri bioclimatici (sistemi solari passivi) Nei sistemi passivi l’edificio stesso, attraverso i suoi elementi costruttivi, capta, accumula e trasporta al suo interno l’energia ricavata da fonti rinnovabili.

• l'integrazione alle strutture edilizie dei sistemi solari attiviI sistemi attivi captano, accumulano e utilizzano l’energia proveniente da fonti rinnovabili con una tecnologia di tipo impiantistico

Il sole e l’edificio



I sistemi solari passivi

I sistemi solari passivi sono tecnologie applicate al costruito impiegate al fine di regolare gli scambi termici tra esterno ed interno dell’edificio facendo uso della radiazione solare come fonte energetica e sfruttando, come elementi captanti e d’accumulo componenti edilizi sia d’involucro che interni.

Elementi essenziali dei sistemi solari passivi sono:

• I COLLETTORISono gli elementi destinati alla captazione solare, prevalentemente collocati sull’involucro edilizio in parti ben esposte alla radiazione solare, (fronti a sud e coperture) sono costituiti da superfici trasparenti e da assorbitori costituiti da superfici opache e scure che, esposte alla radiazione solare che penetra dalla superficie trasparente la convertono in calore.

• LE MASSE DI ACCUMULODestinate ad immagazzinare calore e a ricederlo in assenza di sole, prolungando il funzionamento dei sistemi solari passivi.

• I COMPONENTI DI CONTROLLO Servono a regolare il funzionamento dei sistemi solari passivi nel ciclo giornaliero (giorno/notte ) e stagionale



Università Scienze Applicate di Bonn-Rhein-Siegarch. Werner + Neubert

COMPONENTI DI CONTROLLO frangisole

COLLETTORE (parete vetrata trasparente)

schermatura regolabile

schermatura fissa

MASSA D’ACCUMULO (muro Trombe)




• a guadagno diretto

• a guadagno indiretto

• a guadagno separato

I sistemi solari passivi sono di vari tipi ciascuno con proprie specifiche caratteristiche. Di norma essi vengono divisi in tre categorie di sistemi:




Elementi vetratiLa radiazione entra direttamente nello spazio da riscaldare mediante ampie superfici trasparenti e si converte in calore. Le superfici dell’ambiente dotate di grande inerzia termica assorbono il calore ineccesso rilasciandolo nelle ore notturne. Captazione mediante superficie trasparente (Vetrata) per irraggiamento ed effetto serra. Accumulo l’energia è trattenuta da materiali ad elevata inerzia termica. Distribuzione mediante le superfici di accumulo soprattutto per irraggiamento. L’edificio deve essere dotato di aperture orientate verso il sole e fortemente coibentato nelle zone non esposte Con questo sistema solo gli ambienti direttamente interessati sigiovano dell'apporto energetico solare, a meno che non vengano messi in diretta comunicazione con gli altri spazi dell'abitazione. E’ essenziale prevedere l’apertura diffusa degli ambienti vetrati e la loro schermatura nel periodo estivo.

I sistemi solari passivi _ Sistemi a guadagno diretto



Elementi vetratiLa radiazione diretta in uno spazio abitato si può avere anche attraverso il tetto, usando lucernai rivolti a Sud. Il soffitto dove è aperto il lucernaio va dipinto di colore chiaro ed è necessario applicare schermature per regolare la radiazione estiva.

I sistemi solari passivi _ _ Sistemi a guadagno diretto

estate

invernoestate



Nei sistemi a guadagno indiretto il collettore fa parte dell'involucro e riceve direttamente la radiazione

solare dall’esterno senza farla penetrare all’interno, per poi ricederla attraverso l’assorbitore, sotto

forma di energia termica trasmessa per irraggiamento e convezione agli ambienti di accumulo, con un

ritardo di alcune ore dipendente dai materiali utilizzati e dallo spessore dell'assorbitore.

Tra essi si annoverano:

• i muri di Trombe-Michel e pareti ad accumulo;

• i sistemi ad accumulo;

• i roof-pond.

_ Sistemi a guadagno indirettoI sistemi solari passivi



Muro di Trombe E’ costituito da un muro dotato di forte massa (laterizi, pietra, cls) esposto a Sud e da una vetrata posta a un distanza di 8 – 10 cm. L’energia termica che incide sulla vetrata viene catturata nella camera d’aria e provoca un innalzamento della temperatura del muro. Il calore viene ceduto in ambiente o per conduzione attraverso la parete o per convezione se vengono effettuate delle aperture nella parte inferiore e superiore della stessa. Il muro di accumulo deve avere un elevato fattore di assorbimento (evitare tinte chiare – verificare fattore di assorbimento del materiale). Nella stagione estiva il muro può essere utilizzato come camino solare costituendo un sistema di raffrescamento naturale.

Regione Campania

I sistemi solari passivi _ Sistemi a guadagno indiretto



Sistemi ad accumulo

Sistema ad acqua costituito da una parete trasparente realizzata con due lastre da 10mm separate da intercapedine da 100 mm riempita d’acqua, esternamente una tapparella riduce, all’occorrenza la radiazione solare e la trasmissione del calore verso l’esterno durante la notte.

Sistema a cambiamento di fase Sfruttano le proprietà di alcuni materiali inorganici (Sali idrati, solfato di sodio o di calcio) o organici (paraffine) I materiali che subiscono un cambiamento di fase assorbono calore quando fondono e lo rilasciano quando risolidificano e questo avviene in un ristretto intervallo di temperatura detto "intervallo di fusione". In questo intervallo i materiali presentano il più alto valore della capacità termica.

I sistemi solari passivi - Sistemi a guadagno indiretto



Roof PondIl sistema è costituito da una massa termica (acqua) sulla copertura, sorretta da un solaio ad elevata conducibilità termica. In inverno durante il giorno avviene un accumulo di energia nella massa d’acqua. Di notte i contenitori di acqua vengono coperti con pannelli isolanti e il calore ceduto agli ambienti sottostanti attraverso il solaio. D’estate nel periodo diurno i contenitori sono coperti e l’acqua assorbe il calore proveniente dall’ambiente sottostante. Di notte i contenitori vengono scoperti e cedono il calore accumulato all’esterno.

Configurazione invernale

Configurazione estivaSistema roof pondad alette orientabili

Sistema roof pond a pannelli mobili

Regione Campania

I sistemi solari passivi - Sistemi a guadagno indiretto



In un sistema a guadagno isolato il collettore solare ètermicamente isolato dagli ambienti dell'edificio.Nei sistemi passivi il trasferimento di energia dal collettore all'ambiente o all'accumulo e dall'accumulo all'ambiente avviene solo attraverso processi non meccanici, come la convezione e l'irraggiamento. Il più comune tra questi processi di trasferimento dell'energia èuna forma particolare di convezione conosciuta come effetto termosifone: l'aria è riscaldata nel collettore, diventa meno densa e sale, richiamando aria più fredda dal basso; l'aria piùcalda trasferisce la sua energia all'accumulo isolato o alla stanza ed ai suoi occupanti, si raffredda e ricade verso il basso per essere ripresa dal collettore, da cui il ciclo continua fintanto che il collettore rimane sufficientemente caldo.

Sistemi a guadagno isolato




SERRE Una serra è un volume edilizio chiuso da pareti trasparenti contiguo agli spazi abitati. Il sistema può avere numerose configurazioni. Il sistema può essere concepito come spazio abitabile, solo comecollettore solare, come spazio cuscinetto. All’interno della serra può essere collocata una massa di accumulo come volano. Per evitare il surriscaldamento della serra nel periodo estivo ènecessario prevedere delle schermature o delle aperture. In questo caso la serra può fungere anche come sistema di raffrescamento passivo sfruttando l’effetto camino. Le serre sono applicabili ed adattabili agli edifici preesistenti

I sistemi solari passivi _ Sistemi a guadagno isolato



COMPLESSO IN SAGEDERGASSE Arch. G.W. Reinberg (Vienna 1999)

SERRE


Sistemi a guadagno isolato



I dispositivi più semplici sono gli aggetti ed i frangisole.

Il difetto principale degli schermi fissi è che l'entità della schermatura è determinata dalle stagioni solari, piuttosto che da quelle climatiche e ciò produce effetti schermanti anche in periodi in cui è richiesto un riscaldamento passivo. Gli schermi fissi tagliano sempre una parte della radiazione diffusa e quindi riducono l'illuminazione naturale. Gli aggetti orizzontali per riparare le finestrature sono fortemente raccomandati sulle facciate con orientamento sud, sud-est, e sud-ovest, dove le superfici vetrate devono essere mantenute completamente in ombra durante le ore centrali della giornata.

I sistemi solari passivi_ Componenti di controllo_ Schermature



Le schermature possono essere strutture semplici e relativamenteleggere sia dal punto di vista strutturale che architettonico, contribuendo ad arricchire visualmente la facciata.

L'effetto sul carico termico e sul comfort (riduzione della temperatura esterna ed interna delle superficie vetrate) è rilevante, senza penalizzare il contributo delle vetrate alla componente naturale dell'illuminazione.

Frangisole orizzontali o verticali in: acciaio, alluminio, legno, cotto o vetro possono contribuire a risolvere in maniera efficace problemi per i quali in passato era necessario utilizzare tecnologie pesanti oppure affidarsi a potenti sistemi di condizionamento.

I sistemi solari passivi_ Componenti di controllo_ Schermature



Sportelli esterni

Regione Campania

I sistemi solari passivi_ Componenti di controllo



Teli avvolgibili




Tende




Le tecnologie che riescono a sfruttare l’irraggiamento solare garantendo un migliore comportamento termico ed energetico del sistema edificio sono:

Solare termico

Fotovoltaico

Produzione di acqua calda sanitaria

Produzione di energia elettrica

Obiettivo

Un collettore solare termico trasforma la radiazione solare in calore che viene utilizzato per riscaldare un fluido. Un pannello fotovoltaico, trasforma la luce del sole in corrente elettrica.

I sistemi solari attivi



Il collettore piano ad acqua (o pannello solare) serve a catturare l’energia che giunge dal Sole sulla Terra e ad utilizzarla per produrre acqua calda ad una temperatura dell’ordine di 38 - 45°C. L’acqua calda prodotta ed accumulata in un apposito serbatoio potrà essere utilizzata per le esigenze di casa,

Parti costituenti :

-Collettore solare (pannello)

-Serbatoio di accumulo

-Collegamenti idraulici ed elettrici Rendimento :

L’acqua calda prodotta da un collettore solare è mediamente pari a 80-130 litri/giorno per ogni metro quadro di pannello installato. Il serbatoio abbinato è di circa 50 - 80 litri per mq.

Per calcolare le dimensioni del pannello solare da installare si deve tener conto del numero dei membri della famiglia e quindi del prevedibile consumo di acqua calda della famiglia medesima, pari a 30-50 litri/giorno a persona. Mediamente va calcolata una superficie paria a circa 0,5 m2 a persona

I sistemi solari attivi _ Solare Termico



I pannelli sono formati da: a) una superficie assorbente; b) una rete di tubazioni nella quale scorre il fluido termovettore; c) una copertura trasparente; d) un rivestimento isolante; e) una struttura di contenimento che costituisce l’involucro esterno.

I pannelli solari piani utilizzano le tre componenti della radiazione solare e sfruttano l’effetto serra. La copertura trasparente è infatti realizzata con materiali trasparenti alla radiazione solare incidente, ma opachi alla radiazione infrarossa reirraggiata.

L’energia termica proveniente dal sole, viene così catturata all’interno del pannello e trasferita al fluido termovettore. Per limitare le perdite di calore verso l’esterno le zone laterali e posteriore vengono poi protette con materiale isolante.

I sistemi solari attivi _ Solare Termico



sistemi a circolazione naturale

sistemi a circolazione forzata

I sistemi a circolazione naturale sono molto semplici, richiedono scarsa manutenzione e possono essere realizzati impiegando dei pannelli solari con basse perdite di carico. Tutti i sistemi a circolazione naturale si basano sul principio che il fluido del circuito primario, riscaldato dal sole diminuisce la propria densità diventa più leggero e sale verso l’alto, provocando un movimento naturale del fluido medesimo. Nei sistemi a circolazione naturale il serbatoio di accumulo dell’acqua deve essere sempre posizionato più in alto del pannello ed a breve distanza dal medesimo.

Il principio di funzionamento di un impianto a circolazione forzatadifferisce da quello a circolazione naturale per il fatto che il fluido, contenuto nel collettore solare, scorre nel circuito chiuso per effetto della spinta fornita da una pompa comandata da una centralina o termostato attivata, a sua volta, da sonde poste sul collettore e nel serbatoio.

I sistemi solari attivi _ Solare Termico _ Tipologie di impianto



Integrato su tetto a falda

I sistemi solari attivi _ Solare Termico _ Posizionamento



Pensilina




Sovrapposto su tetto a falda




Integrazione in facciata (parapetto)




I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico

Il solare fotovoltaico è una tecnologia che permette la conversione diretta dell'energia solare in energia

elettrica.



Il silicio è uno degli elementi più diffusi sulla Terra ed è facilmente reperibile. Per essere sfruttato, deve essere caratterizzato da un’adeguata struttura molecolare, nonché da un elevato grado di purezza ottenibile solo attraverso processi estremamente complessi e costosi.La struttura molecolare del silicio può essere:•MONOCRISTALLINA gli atomi sono orientati nello stesso verso e legati uniformemente tra loro

•POLICRISTALLINA gli atomi si presentano aggregati in piccoli grani monocristallini orientati in modo casuale•AMORFA gli atomi sono orientati in modo casuale, come in un liquido, pur conservando le qualità tipiche dei solidi

-------

10x10 12,5x12,5

15x15

10x10 12,5x12,5Dimensioni celle

------10-155-7AMORFO

quadrate20-2512-14POLICRISTALLINOquadrate6515-17MONOCRISTALLINO

Forma celleProduzione mondiale (%)Efficienza (%)Tipo di silicio

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Il silicio



CELLA DI SILICIO MONOCRISTALLINO CELLA DI SILICIO POLICRISTALLINO



L’elemento base della tecnologia fotovoltaica èrappresentato dalla "cella“. Si tratta di una piccola lastra di materiale semiconduttore (generalmente silicio) che opportunamente trattata, genera una piccola differenza di potenziale tra la superficie superiore (-) drogata con fosforo e quella inferiore (+) drogata con boro. La radiazione solare incidente sulla cella è in grado di mettere in movimento gli elettroni interni al materiale, che quindi si spostano dalla faccia negativa a quella positiva, generando una correntecontinua.

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ L’effetto fotovoltaico



Le CELLE vengono connesse tra loro e incapsulate in maniera da formare delle superfici più grandi: i MODULI.

Più MODULI vengono collegati elettricamente in serierealizzando la cosiddetta STRINGA, che a sua volta, viene collegata in parallelo con altre analoghe.

L’aggregazione di diverse STRINGHE costituisce ilCAMPO O GENERATORE FOTOVOLTAICO.

L’IMPIANTO O SISTEMA FOTOVOLTAICO è poi a sua volta costituito otre che dal GENERATORE, anche da un SISTEMA DI CONDIZIONAMENTO E CONTROLLO DELLA POTENZA (inverter, regolatore di tensione etc.) e da un eventuale ACCUMULATORE DI ENERGIA.

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Il sistema fotovoltaico



L’angolo di inclinazione della superficie fotovoltaica captante viene determinato come l’angolo di latitudine meno 10 gradi.

Quindi per la latitudine del nostro Paese, la posizione ottimale della superficie dei pannelli risulta quella a copertura dell’edificio con esposizione a sud, e con un angolo di inclinazione di circa 20-30° rispetto al piano orizzontale.

LATITUDINE 30°- 40°

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Dove e come posizionare un impianto fotovoltaico?



Cause di riduzione di produttività di un impianto fotovoltaico possono essere:• Ombreggiamento• Surriscaldamento dei pannelli• Imbrattamento delle superfici

E’ necessario quindi in fase di progettazione disporre i pannelli in modo da:

•evitare zone d’ombra;•garantire un certo grado di ventilazione sulle superfici posteriori: infatti al crescere della temperatura diminuisce l’efficienza fotovoltaica inoltre temperature troppo elevate possono danneggiare irreparabilmente celle e contatti elettrici;•garantire un sufficiente livello di pulizia delle superfici fotovoltaiche.

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Cause di riduzione di produttività



• SISTEMI ISOLATI (STAND-ALONE)

• SISTEMI CONNESSI ALLA RETE (GRID-CONNECTED)

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Principali tipologie impiantistiche



SISTEMI ISOLATI (STAND-ALONE)

Sono i sistemi non collegati alla rete elettrica e sono costituiti dai moduli fotovoltaici, dal regolatore di carica e da un sistema di batterie che garantisce l’erogazione di corrente anche nelle ore di minore illuminazione o di buio.La corrente generata dal sistema fotovoltaico è una corrente continua.Se l’utenza è costituita da apparecchiature che prevedono una alimentazione in corrente alternata è necessario anche un convertitore: l’inverter.In Italia sono stati realizzati molti impianti fotovoltaici di elettrificazione rurale e montana soprattutto nel Sud, nelle isole e sull’Arco alpinoAttualmente le applicazioni più diffuse servono ad alimentare:• apparecchiature per il pompaggio dell’acqua, soprattutto in agricoltura;• sistemi di illuminazione;• segnaletica stradale;• apparecchi di refrigerazione, specie per il trasporto di medicinali;• ripetitori radio, stazioni di rilevamento e trasmissione dati (metereologici e sismici),apparecchi telefonici.



SISTEMI CONNESSI ALLA RETE (GRID-CONNECTED)

Sono impianti stabilmente collegati alla rete elettrica. Nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non è in grado di produrre l’energia necessaria a coprire la domanda di elettricità, la rete fornisce l’energia richiesta. Viceversa, se il sistema fotovoltaico produce energia elettrica in più, il surplus viene trasferito alla rete e contabilizzato.

Un inverter trasforma l’energia elettrica da corrente continua prodotta dal sistema fotovoltaico, in corrente alternata. I sistemi connessi alla rete, ovviamente, non hanno bisogno di batterie perché la rete di distribuzione sopperisce alla fornitura di energia elettrica nei momenti di indisponibilità della radiazione solare.



• APPLICAZIONE INDIPENDENTE (RETROFIT)

• APPLICAZIONE PER SOVRAPPOSIZIONE

• APPLICAZIONE PER INTEGRAZIONE

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Livelli di integrazione architettonica



APPLICAZIONE INDIPENDENTE

Possiamo parlare di applicazione indipendente sull’edificio quando quest’ultimo serve solamente da supporto, i pannelli fotovoltaici non svolgono nessuna funzione di chiusura rispetto all’organismo edilizio e la loro disposizione non ècondizionata dalla morfologia dell’involucro. Si tratta di una tipologia di collocazione che trova luogo in genere sulle coperture piane e, più raramente, sulle facciate. Questa categoria è quella che maggiormente si discosta dal concetto di integrazione architettonica dei sistemi. Bisogna riscontrare, tuttavia, che essa rappresenta la tecnica più rapida, semplice ed economica, adatta soprattutto a operazioni di retrofit energetico su edifici esistenti



APPLICAZIONE PER SOVRAPPOSIZIONE

Secondo questo metodo di installazione, i moduli solari vengono collocati tramite un’apposita struttura sopra l’involucro dell’edificio, a poca distanza da esso e in modo da adattarsi alla configurazione della superficie di chiusura che funge da supporto. E’ frequentemente impiegata in interventi su coperture a falda e facciate. Per quanto riguarda lo svolgimento di funzioni di separazione esterno-interno, il ruolo strettamente edilizio dei pannelli sovrapposti potrebbe essere ridondante, in quanto essi non vanno a sostituire elementi o subsistemi tradizionali, ma ricoprono semplicemente delle superfici già dotate delle necessarie caratteristiche di tenuta, impermeabilizzazione, coibentazione etc.L’integrazione nell’edificio, non è reale ma solo visiva



APPLICAZIONE PER INTEGRAZIONE

Il termine integrazione si riferisce a quelle tecnologie di installazione dei moduli fotovoltaici che vedono questi inserirsi completamente nell’organismo edilizio, svolgendo, oltre a quelle strettamente energetiche, anche alcune o tutte le funzioni riferibili a elementi e subsistemi di chiusura o schermatura. Per quanto riguarda la maggior parte delle installazioni per integrazione, i pannelli impiegati non sono quelli standard, adatti per qualsiasi tipo di applicazione, ma vengono appositamente studiati e realizzati per il loro impiego architettonico. Gli interventi appartenenti a questa categoria possono riguardare qualsiasi superficie dell’involucro edilizio e generalmente vengono eseguiti nel caso di progettazioni ex-novo della costruzione, oppure quando essa sia sottoposta a consistenti lavori di manutenzione straordinaria o di riqualificazione.



SOLAR FABRIK

Localizzazione

Destinazione d’uso

Superficie

Anno di progettazione

Anno di costruzione

Progettista

Sistema fotovoltaico

Superficie fotovoltaica

Potenza dell’impianto

Rendimento

Progettista impianto

Ditta fornitrice

Friburgo, Germania

Stabilimento industriale

15,356 mq

1994

1998

Rolf+Hotz

In facciata, grid-connected

210+240 mq

104 kWp

80.000 KWh/anno

Büro für Sonnenenergie

BP Solar



HELIOTROP

Localizzazione


Anno di progettazione

Anno di costruzione

Progettista


Superficie fotovoltaica

Potenza dell’impianto

Rendimento

Friburgo, Germania

Residenza, studio

1992

1993

Rolf Disch

In copertura, grid-connected

54 mq

6,6 kWp

9000 kWh anno



SOLARSIEDLUNG

Localizzazione


Progettista


Friburgo, Germania

Unità residenziali

Rolf Disch

In copertura,

grid-connected

La novità della SOLARSIEDLUNG di Fribugo sta sostanzialmente nell’obiettivo di produrre energia non solo per le abitazioni in loco, ma anche per la rete pubblica locale. Infatti per la prima volta in un quartiere di edilizia residenziale si fa riferimento ad una strategia energetica globale, mirante alla produzione di una quantità di energia superiore al fabbisogno dei residenti, attraverso lo sfruttamento intelligente dell’energia, il ricorso all’isolamento termico e l’integrazione di moduli e collettori solari.



Il programma nazionale “10.000 TETTI FOTOVOLTAICI” prevedeva contributi IN CONTO CAPITALE pari al 75% del costo di investimento. Con questa forma di incentivazione finanziaria il tempo necessario per recuperare l’investimento iniziale si riduceva, arrivando a valore dell’ordine di circa 7-10 anni, pochi se confrontati ai circa 30 anni di vita previsti per un impianto. Una volta raggiunto il recupero dell’investimento, per il resto della vita utile dell’impianto si disponeva di energia praticamente a costo zero.L’energia elettrica prodotta in eccesso non poteva essere letteralmente “venduta” alla rete elettrica ma l’azienda di distribuzione dell’energia elettrica accordava al proprietario dell’impianto un credito su base annuale. Gli impianti dovevano essere necessariamente dimensionati in base alle proprie esigenze di consumo.

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ 10.000 Tetti Fotovoltaici - Conto Capitale



In Italia, il 19 Settembre 2005 è entrato in vigore il DL 387/2003 di recepimento della Direttiva europea per le fonti rinnovabili (Direttiva 2001/77/CE). Con tale decreto si è attivato il meccanismo d’incentivazione in “conto energia” per promuovere la produzione di energia elettrica da impianti fotovoltaici.

Il 19 febbraio 2007, i Ministeri dello Sviluppo Economico (MSE) e dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare (MATTM) hanno emesso un nuovo decreto ministeriale che ha introdotto radicali modifiche e semplificazioni allo schema originario.

Chi vuole installare un impianto solare fotovoltaico in conto energia debba seguire questa semplice procedura in estrema e comprensibile sintesi:- installazione dell'impianto.- richiesta del contributo in conto energia entro 60 giorni dalla fine dei lavori.

Questo nuovo sistema si spera darà l'impulso vincente per permettere anche in Italia il buon successo degli impianti solari per la produzione di energia elettrica, esattamente come è già accaduto in Germania, dove i finanziamenti in conto energia hanno permesso il decollo del settore fotovoltaico.

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Conto Energia



A grandi linee il conto energia funziona così:

Si può installare l'impianto fotovoltaico su una abitazione o azienda in qualsiasi momento ( rispettando solo alcune velocissime procedure burocratiche con il proprio gestore elettrico, per es. Enel, Acea ecc.. ), in poco tempo e senza partecipare ad estenuanti gare di punteggio o affrontare pratiche burocratiche pluriannuali.

Non si riceve più un contributo a fondo perduto come accadeva fino a poco tempo fa, e si pagherà tutto l'impianto di propria tasca mia o grazie a prestiti agevolati studiati appositamente dalle Banche per lo sviluppo dell'energia solare.




Il cliente invece potrà vendere l'energia prodotta al gestore elettrico nazionale, ricevendo periodicamente:


Il gestore dovrà comperare l'energia prodotta per 20 anni al prezzo pattuito inizialmente.Terminati i 20 anni l'energia prodotta potrà essere usata direttamente per i propri usi privati e quindi le bollette che si riceveranno saranno relative alla differenza tra quello che si produce nell'arco dell'anno e quello che invece si consuma. Si deve tener presente che un impianto fotovoltaico dura molto di più di 20 anni: anche 40-50 anni.L'impianto per un miglior ammortamento dovrà essere dimensionato in base ai propri consumi attuali o previsti futuri nel caso di un privato, mentre nel caso si intenda installare l’impianto su un'Azienda esso diventeràesattamente una forma di investimento come molte altre, quindi si potrà decidere la potenza dell’ impianto fotovoltaico in base a quanto si desidera investire.



1. CALCOLO DELL’IRRAGGIAMENTO MEDIO ANNUOI calcoli relativi alla quantità di energia producibile in un anno dal generatore fotovoltaico sono determinati secondo le Norme UNI0349 e UNI8477. Consideriamo per esempio di voler realizzare un impianto a Napoli, supponiamo inoltre di orientare i moduli esattamente a sud e di inclinarli di 30° rispetto all’orizzontale. Quindi:CITTA’= NAPOLIORIENTAMENTO=SUDINCLINAZIONE= 30°

Irraggiamento Medio Annuo=Minore Irraggiamento Medio Giorno X Numero dei giorni dell’anno =2,65 kWh/mq/giorno X 365= 967,25 kWh/mq/anno

2. CARATTERISTICHE DEI MODULIAl fine della valutazione, consideriamo per esempio le caratteristiche dei moduli standard prodotti dall’ Elettrosannio s.n.c. di Pietrelcina (BN).

Dimensioni del modulo: 1.175 m X 0,535 m Superficie del modulo: Sm= 0,62 mq Potenza del modulo: Pm= 85 Wp

I sistemi solari attivi _ Solare Fotovoltaico _ Come dimensionare un impianto


Sistemi solari passivi e attiviDimensionamento Sistema FV per una famiglia di 4 persone che vive in appartamento o villa singola di medie dimensioni con un contratto di energia elettrica con potenza disponibile di 3 KW. L’impianto si sviluppa su 15 mq di superficie utile

Irraggiamento medio annuo Ima = 967,25 kWh/mq/annoPotenza del modulo: Pm = 85 WpSuperficie del modulo: Sm = 0,62 mq Superficie complessiva dell’impianto: Sg = 15 mqNumero dei moduli fotovoltaici costituenti l’impianto: N= Sg/Sm =15mq/0,62 mq =24Potenza di picco dell’impianto: Pp = Pm X N = 85 X 24= 2 KWp

L’efficienza nominale (En) dell’impianto fotovoltaico è data da :En = Pp/Sg = 2 / 15 KWp/mq = 0,137 KWp/mq

L’efficienza operativa media annua (E(o.m.a.)) dell’impianto è data da 75% di quella nominale En :E(o.m.a.) = En x 75% = 0,137 x 0,75= 0,103

L’energia elettrica annua producibile per metro quadrato (Ep) è data da:(Ep) = E(o.m.a.)x Ima =0,103 x 967,25 = 99,627 KWh/mq/anno

L’energia elettrica producibile annualmente (E) in corrente alternata dall’impianto fotovoltaico sarà pari: E = Ep x Sg= 99,627 x 15 = 1494,405 KWh per anno



La facciata vetrata del Centro culturale e ambientale Les Planes de Son. Lleida(Spagna) integra panelli fotovoltaici nella cornice della copertura a verde (1800 Wp) e 120 mq di collettori solari di tipo tradizionale installati in due nastri, uno sulle ringhiere delle finestre, e l’altro nella parte superiore. La posizione verticale dei panelli aumenta la loro efficienza durante l’inverno, il periodo piùsfavorevole.

Esempi di integrazione di sistemi solari termici e fotovoltaici



La serra fotovoltaica dell’ospedale pediatrico Meyer di Firenze.La perfetta integrazione architettonica dei pannelli sulla facciata della serra permette di combinare la funzione di “produzione energetica” con quella di protezione e schermatura dalla radiazione solare diretta e, quando necessario, di accumulo termico in un ambiente ‘filtro’. Il risparmio economico che si ottiene dalla combinazione di queste funzioni è notevole, per esempio la spesa dei pannelli fotovoltaici èequiparabile a quella di un rivestimento di facciata altamente tecnologico che però non contribuisce alla produzione di energia.

Esempi di integrazione di sistemi solari attivi e passivi

Documents

Facoltà di Architettura “Luigi Vanvitelli” · CORSO DI LAUREA IN SCIENZE DELL’ARCHITETTURA Laboratorio di Costruzione dell'Architettura 1 A - a.a. 2009-2010 prof. arch. M