Energetica ambientale

C’è

piani inseguitori. Questo sistema è chiamato a torre con campo di specchi. anche

la presenza di un accumulo, inserito in parallelo nel circuito, che evita che le

irregolarità di irraggiamento si trasformino in irregolarità nella alimentazione della

turbina.

LEZ 16

Descrivere le diverse tipologie di pannelli solari termici e riportare i relativi schemi

impiantistici.

I pannelli solari si dividono principalmente in tre categorie: (i) pannelli sottovuoto;

(ii) pannelli solari vetrati e (iii) pannelli solari scoperti.

•Pannelli sottovuoto sono composti da una schiera di tubi sottovuoto in vetro, ognuno

contenente un assorbitore (generalmente una lastra di metallo nero) che capta

l’energia solare e la trasferisce ad un fluido che trasporta il calore.

Grazie alle proprietà isolanti dello spazio vuoto, le perdite di calore sono molto basse

e si possono raggiungere temperature di circa 100 °C al di sopra della temperatura

dell’ambiente. un’efficienza

Questi pannelli hanno più elevata che consente loro di ottenere buone

prestazioni anche in caso di irraggiamento scarso ma sono economicamente più

impegnativi.

•Pannelli solari vetrati più utilizzati. Consiste in una scatola piana isolata, con un lato

in vetro trasparente o plastica. La scatola contiene una lastra nera piatta che assorbe

l’energia solare e che viene trasmessa al fluido che trasporta il calore.

l’isolante

Il vetro sopra e sotto la lastra riducono le perdite di calore.

Questi pannelli producono temperature fino a 70 °C al di sopra della temperatura

dell’acqua

ambiente e possono essere usati per il riscaldamento sanitaria, di piscine,

dell’ambiente. Sono più economici dei pannelli sottovuoto.

•Pannelli l’acqua all’interno

solari scoperti, sono privi di vetro e passa direttamente

dei tubi del pannello, dove viene riscaldata dai raggi solari ed è pronta per essere

usata. Sono adatti per il riscaldamento di piscine scoperte, acqua calda per le docce

negli stabilimenti balneari, nei campeggi, negli alberghi stagionali, ecc.

Il limite di questi pannelli è che, non essendo coibentati, funzionano con una

temperatura ambiente di almeno 20 °C. Il costo è però ovviamente più basso dei

e l’installazione è davvero semplice.

pannelli vetrati

•Pannelli solari ad aria calda Sono simili ai normali pannelli vetrati ma in questo caso

il fluido vettore è aria che può circolare fra vetro e assorbitore oppure fra assorbitore

e fondo del pannello.

LEZ 17

Descrivere il principio di funzionamento e lo schema di un pannello fotovoltaico.

l’energia

La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare direttamente associata

alla radiazione solare in energia elettrica, e questo accade grazie all’effetto

fotovoltaico e all’utilizzo di materiali semiconduttori come il silicio.

Il suo atomo ha 14 elettroni di cui 4 elettroni di valenza esterni che permettono di

formare il legame cristallino a grata.

La generazione delle cariche positive (+) e negative (-) sul reticolo cristallino del

silicio avviene a causa di una certa quantità di energia (fotoni). Quando infatti un

fotone colpisce un elettrone di valenza, lo libera dal relativo legame atomico, creando

l’elettrone “).

uno spazio nella struttura di cristallo in cui risiedeva ("vacanza o lacuna

L'elettrone libero diventa parte della banda di conduzione.

L’atomo lasciato libero dall'elettrone diventa carica positiva che viene facilmente

l’elettricità

occupata da un elettrone vicino. Per sfruttare è necessario però creare un

all’interno

moto di elettroni , ovvero una corrente, mediante un campo elettrico della

cella.

Il campo si realizza con la tecnica del drogaggio, dove vengono creati strati di atomi

dall’altro

fissi caricati positivamente da un lato e negativamente inserendo nel Silicio

piccole quantità di atomi del 3e4 gruppo andando a creare una giunzione PN.

L’energia solare quindi genera quindi delle coppie elettrone-lacuna che vengono

spinti fuori dalla giunzione PN dal campo elettrico creando un eccesso di carica

positiva in P e negativa in N.

Collegando ad un circuito esterno ci sarà quindi un passaggio di corrente da N a P

Si evidenziano:

• Un elettrodo a pettine collegato allo strato N;

• –

Uno strato di materiale di tipo N, dello spessore di 0,3 0,4 mm;

• Uno strato di materiale di tipo P dello spessore di 250 - 350 mm;

• Un elettrodo continuo collegato allo strato P;

LEZ 18

Descrivere e rappresentare un sistema fotovoltaico a concentrazione.

Il fotovoltaico a concentrazione è un impianto di produzione di energia elettrica

mediante conversione diretta della radiazione solare, tramite l’effetto fotovoltaico,

composto principalmente da un insieme di moduli in cui la luce solare è concentrata,

da sistemi ottici su celle fotovoltaiche.

• I concentratori fotovoltaici sono dei sistemi innovativi solari che concentrano una

grande quantità di radiazione luminosa su una area di piccola dimensione costituita

da una cella fotovoltaica.

I sistemi a concentrazione comportano un risparmio economico nel silicio grazie

all'uso di celle più piccole, tuttavia per il loro funzionamento è necessario utilizzare

un sistema di inseguimento biassiale che contribuisce ad elevare il costo finale del

sistema completo. I concentratori fotovoltaici raggiungono un'efficienza di

conversione elevata. Per ottenere elevati valori di producibilità occorre impiegare i

concentratori in aree geografiche in cui ci sia un'abbondante luce solare diretta.

• Ricevitore; Il ricevitore è costituito da una o più celle fotovoltaiche, il sistema per la

dissipazione termica e il prelievo della potenza elettrica fotovoltaica generata.

• Ottica primaria; L'ottica primaria, che viene denominata generalmente collettore, ha

lo scopo di ricevere la radiazione solare e focalizzarla sul ricevitore. Può essere

costituito da lenti o da specchi

• Ottica secondaria;L’ottica secondaria, se presente, intercetta la radiazione

dall’ottica

proveniente primaria e la focalizza sul ricevitore uniformando la densità di

potenza incidente sulle celle

• Inseguitore;

• Struttura di supporto.

LEZ 20

Descrivere come avviene lo smaltimento dei sistemi fotovoltaici

Si inizia con un trattamento termico finalizzato alla scomposizione del pannello che

l’incenerimento

prevede delle parti sintetiche quali EVA, colla del quadro e fondo in

plastica del modulo.

Successivamente i moduli vengono sottoposti a triturazione e poi suddivisi ricorrendo

alla separazione gravitazionale.

Il materiale viene dapprima frantumato e successivamente sottoposto ad un getto

d’aria dell’indifferenziato

violento, con la traiettoria assunta dai diversi componenti

che varierà in funzione del loro stesso peso specifico.

La fase successiva è quella di etching, che consiste nella rimozione mediante attacco

chimico delle metallizzazioni, del rivestimento traslucido antiriflessivo e dello strato

dopato delle celle. I wafers ottenuti, se danneggiati, sono riciclati nella fabbricazione

del lingotto di silicio, ovvero questi vengono prima fusi ad una temperatura superiore

a quella di fusione del silicio di 1550°C e il Si liquido che si genera cola, attraverso

un opportuno becco, in una lingotteria dove poi solidifica. Verrà successivamente

tagliato, lappato e lucidato. Se viceversa i wafers non 5 risultano danneggiati,

possono essere riutilizzati sin dal principio nella creazione di nuove celle senza che

queste riscontrino alcun deficit di rendimento.

Per le celle CdTe, la PV Cycle ha dichiarato che si riesce con il processo descritto ad

assicurare:

• 95% di recupero dei materiali semiconduttori.

• 90% di recupero del vetro.

• dell’alluminio.

100% di recupero

Poiché la fabbricazione di wafers a partire da silicio è il processo energicamente più

costoso in un modulo cristallino, il suo riciclaggio contribuisce ad una significativa

riduzione del tempo di ritorno energetico

LEZ 21

Spiegare come avviene lo sfruttamento dell'energia idraulica, riportando e

commentando l'energia ricavabile in un dato intervallo di tempo.

Lo sfruttamento dell'energia idraulica è legato alla capacità di trasformare in lavoro

meccanico, la differenza d'energia potenziale dell'acqua tra monte e valle di un

V̇

"salto” . η ρ Δz

La potenza disponibile si può esprimere come: P = g dove:

• ρ densità del fluido [kg/m3]

• g: accelerazione di gravità [m/s2]

• Δz: altezza del salto [m],

• V:̇ portata volumetrica [m3/s]

• η rendimento che tiene conto degli attriti idraulici e meccanici.

Se si considerano costanti g e z , la potenza è proporzionale alla portata quindi

l'energia ricavabile nell'intervallo di tempo che va da 0 a Teta sia proporzionale

all'integrale della portata volumetrica.

Descrivere le diverse tipologie di impianti idroelettrici

• Impianti ad acqua fluente (maggiori in Italia) sfruttano il corso di un fiume per

azionare le turbine. Sfruttano la possibilità di utilizzare una "cascata" naturale od un

salto artificiale. Il salto artificiale è ottenuto ricavando, tra due punti d'un corso

d'acqua, una via artificiale più diretta di quella normale ad esempio tramite delle

traverse che intercettano il corso d'acqua creando un invaso che può fungere da

serbatoio. Il dislivello tra l’alto e il basso corso del fiume è minimo se paragonato

agli impianti ad accumulo. Per contro, la quantità d’acqua disponibile è maggiore.

Questi impianti funzionano ininterrottamente coprendo la domanda di base. La

produzione di energia elettrica dipende dalla portata del fiume e di norma producono

maggiormente nelle stagioni piovose

Una possibilità aggiuntiva è quella di utilizzare un serbatoio di regolazione a monte

del punto di prelievo . Nel letto del fiume inoltre va costruito uno sbarramento, queste

parti sono mobili e regolano il livello del fiume.

• Gli impianti a bacino ad accumulazione sfruttano l’acqua accumulata nei laghi

artificiali e sono quindi caratterizzati da grandi dislivelli e pressioni, ma da piccole

portate d’acqua. A seconda del bisogno queste centrali possono essere messe in

funzione ed arrestate nel giro di pochi minuti. Per tale motivo sono utilizzati per

coprire il carico durante i periodi di punta, vale a dire mezzogiorno e inverno.

Gli impianti idroelettrici a serbatoio utilizzano dighe a monte della centra