Un esempio di realizzazione per l' energia sostenibile:

1. Un esempio di realizzazione per l' energia sostenibile: IL VILLAGGIO FOTOVOLTAICO realizzato in Alessandria Studenti Mencarelli LucaPiccinini Matteo Pochettini Fabio Vicino Alan Vogogna DarioPiglione Daniele Prof. Ing. Franco Capua (coordinatore) docente di Elettrotecnica presso l’ITIS A. Volta di Alessandria

2. IN COLLABORAZIONE CON : Unione Europea Provincia e Comune di Alessandria

3. Il lavoro di ricerca INDICE Presentazione dell’ITIS A. Volta Presentazione del progetto: il Villaggio Fotovoltaico in Alessandria Principio di funzionamento delle celle solari Descrizione del progetto (scelte tecnologiche ) Soluzioni architettoniche per integrare le tecnologie Analisi economica Valutazioni ambientali BIBLIOGRAFIA

4. L’I.T.I.S. A. Volta in Alessandria

5. L’ITIS A. Volta L' istituto tecnico industriale statale Alessandro Volta”, progettato dall’Arch. Ignazio Gardella, è stato inaugurato nel 1967 dall’allora presidente della repubblica Giuseppe Saragat. La scuola è situata sulla circonvallazione della città, in posizione intermedia fra il centro città e le principali strutture universitarie scientifiche tra cui il distaccamento del Politecnico di Torino e la facoltà di Matematica Fisica e Scienze Naturali (S.M.F.N.)dell’Università Amedeo Avogadro.

6. L’ITIS A. Volta L’istituto Volta offre quattro percorsi industriali e un percorso scientifico-tecnologico; i quattro percorsi industriali sono: perito per le costruzioni aeronautiche, perito industriale in elettrotecnica ed automazione, perito industriale in meccanica e perito industriale in informatica. L’istituto offre agli studenti diversi laboratori: Laboratori di misura su macchine elettriche Laboratori di automazione, tecnologia e CAD attrezzati con computer, PLC e pannelli Laboratori di impianti elettrici sia civile che industriali Laboratori di macchine utensili e lavorazioni meccaniche Laboratori di tecnologia, progettazione e CAD meccanica ed aeronautica Laboratori con galleria del vento e dell’acqua (con turbine e macchinari sperimentali Hangar con simulatore di volo, motori e turbine aeronautiche; Laboratori di sistemi elettrici automatici attrezzati con computer e banchi di prova Laboratori di informatica con computer Laboratori di elettronica e misure elettroniche Laboratori di chimica, fisica e biologia Laboratori di disegno tecnico

7. L’ITIS A. Volta Un laboratorio di cinema per il corso di teatro offerto dal POF Un laboratorio musicale in costruzione per il progetto musicale d’istituto La biblioteca studentesca con oltre 8000 volumi, manuali e riviste Un laboratorio per lo studio sull’idrogeno e le fuel cell Il nuovo laboratorio è stato realizzato nell’intenzione di rendere l’istituto partecipe di esperienze e ricerche nell’ambito dell’uso dell’idrogeno come fonte pulita di energia elettrica e termica.

8. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Inaugurato nell’ottobre 2005, il villaggio fotovoltaico diAlessandria situato nel quartiere Cristo nella zona Casermette II, è un progetto fortemente voluto dall’amministrazione comunale, dall’Assessorato all’Urbanistica e all’Edilizia Residenziale e dalla Regione Piemonte. E’ inserito in un programma di monitoraggio e resocontazione scienti-fica finanziato dagli enti sopraccitati, al fine di sostenerne i costi sperimentali. Il progetto del “villaggio” di Alessandria si inserisce nell’obiettivo del recupero e della riqualificazione ambientale, con particolare attenzione ai criteri di bioedilizia.

9. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Area dell’insediamento

10. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Veduta dall’alto

11. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria II Villaggio Fotovoltaico rappresenta un'iniziativa: • innovativa e non un semplice adempimento normativo • pilota, in quanto integrata in un complesso programma urbanistico, edilizio, ambientale • disseminabile, in quanto riproducibile in altri contesti urbani anche con risorse ordinarie • partecipata, poiché costruita col dialogo, il consenso e la collaborazione attiva di vari soggetti pubblici e privati • efficace, poiché produce effetti positivi sull'ambiente, coinvolgendo circa 800 utilizzatori residenti oltre a fruitori dei servizi pubblici • stimolante, in quanto l'applicazione di una "nuova" tecnologia porta ad una ricaduta generale stimolando una crescita • didattica, poiché crea cultura intesa come aggiornamento tecnico di progettisti, imprese, operatori del settore in genere.

12. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Per il combinato di queste caratteristiche, in seguito alla partecipazione al concorso del Ministero dell'Ambiente, il "Villaggio Fotovoltaico" di Alessandria ha ottenuto il 1° Premio per le città sostenibili 2000. Il Comune di Alessandria ha avanzato la propria candidatura proponendo un intervento di Edilizia Residenziale Pubblica nell'ambito del "Programma di Intervento Integrato della Zona 14 - Casermette II" particolarmente originale, sia per ciò che attiene agli aspetti organizzativi di gestione e realizzazione attraverso uno strumento nuovo ed unico quale risulta essere la "Consulta Operatori Edilizia Residenziale" della Provincia di Alessandria (sono presenti operatori pubblici e privati, banche ed enti), sia per ciò che attiene all'innovazione tecnologica quale risulta essere l'applicazione non più solamente sperimentale, ma effettivamente reale del fotovoltaico.

13. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Operatori esecutivi associati: • A.T.C., Agenzia Territoriale per la Casa della Provincia di Alessandria; • C.I.E.P.A., Consorzio Imprenditori Edili della Provincia di Alessandria; • UNI-C.A.P.I., Cooperativa di abitazione a proprietà indivisa a.r.l.; • CONSORZIO EDILIZIO UNIONE; • A.R.C.Ab. Alessandria,Associazione Regionale CooperativeAbitazione Piemonte. Enti invitati permanenti: • Comune di Alessandria; • Provincia di Alessandria; • Camera di Commercio di Alessandria; • Banca Cassa di Risparmio di Alessandria.

14. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Case di edilizia popolare ATC

15. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Case edilizia privata

16. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Il progetto prevedeva un complesso armonico con ampi spazi verdi, zone di aggregazione e svago e circa 200 alloggi costruiti attraverso l'utilizzo di materiali e tecniche ecologiche e in particolare con l'impiego di tecnologie fotovoltaiche. Hanno aderito a questa iniziativa oltre all'ATC che ha costruito circa la meta degli alloggi anche la Cooperativa Edilizia Carlo Levi, la Cooperativa Edilizia "Aquila d'Oro", la Cooperativa UNI-CAPI, la Cooperativa Edilizia "27 Luglio", l'Impresa Pistanni Cristoforo, l'Impresa Edilnova S.r.l. e Bocchio. La parte di impiantistica fotovoltaica è stata invece curata interamente da A.N.I.T. Azienda Nuove Iniziative Tecnologiche S.p.A. II progetto è stato realizzato nell’ambito del programma del 2001 "10.000 tetti fotovoltaici" del Ministero dell’Ambiente, il quale ha permesso ad ogni singolo utente di usufruire di un finanziamento fino al 75% del costo complessivo.

17. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria Vantaggi del fotovoltaico I vantaggi dei dispositivi fotovoltaici sono molteplici: • le esigenze di manutenzione ridotte in quanto non ci sono parti meccaniche in movimento • vengono eliminate le perdite di distribuzione dell'energia elettrica perché vengono installati vicino all'utilizzatore finale • non produce inquinamento di alcun genere (acustico, atmosferico, ecc.) durante il suo funzionamento • è possibile prevedere la produzione annuale di energia con un piccolo margine di errore, indipendentemente dalla variabilità di richiesta • la potenza dell'impianto può essere modificata in qualsiasi momento senza problemi • la loro integrabilità garantisce la salvaguardia dell’aspetto estetico delle costruzioni.

18. Il villaggio Fotovoltaico in Alessandria • Utilizzi degli impianti fotovoltaici I sistemi fotovoltaici sono facilmente inseribili in edifici e strutture di arredo urbano con un atto livello di integrazione architettonica. Possono essere combinati con i tradizionali materiali da costruzione o addirittura fungere da elementi costruttivi quali ad esempio tegole o mattoni. Soddisfano inoltre i requisiti di ogni buon materiale di rivestimento come la resistenza l'impermeabilità il controllo dei livelli acustici l'isolamento termico la schermatura e la protezione dal fuoco. I sistemi fotovoltaici sono particolarmente adatti - attraverso impianti stand-alone che ne consentono il funzionamento senza collegarsi alla rete - come componente costruttiva multifunzionale di varie tipologie di sistemi, per esempio parchimetri, cabine telefoniche, illuminazione stradale, pannelli informativi, segnali stradali, semafori, pensiline e parcheggi. L'impiego di sistemi fotovoltaici stand-alone permette di garantire un approvigionamento energetico anche ad edifici situati in zone isolate e lontani dalla rete elettrica. L'estrema importanza di diffondere la cultura fotovoltaica e la ferma convinzione che quella delle energie rinnovabili sia una strada da percorrere per la salvaguardia dell' ambiente, ha fatto nascere molteplici programmi a livello nazionale, regionale e comunitario per aiutare, con una politica di incentivie finanziamenti, i progetti in ambito fotovoltaico.

19. Principio di funzionamento delle celle solari • La luce fig. 2 Lo spettro della radiazione solare, in vicinanza della Terra, ma di sopra dell'atmosfera, è illustrato in fig. 2. Il totale dell'energia in arrivo dal Sole, cioè la costante solare è pari a: 1,92 cal /cm2 min 1,35 kW/m2

20. Principio di funzionamento delle celle solari Effetto fotoelettrico

21. Principio di funzionamento delle celle solari La cellasolare

22. Principio di funzionamento delle celle solari Caratteristica i,v di un diodo al silicio e di una cella

23. Principio di funzionamento delle celle solari • Schemi di collegamento dei diodi di protezione: • a)collegamento in serie aumenta la tensione • b)collegamento in parallelo aumenta l’intensità della corrente elettrica

24. DETERMINAZIONE DELLE CARATTERISTICHE ELETTRICHE DI UN MODULO FOTOVOLTAICO • Ditta costruttrice Eurosolare società del Gruppo E.N.I • Modulo tipo P200 • N°. seriale A001220 • Pmax = 20,7 W potenza di picco massima • Vp = 16,2 V Tensione di picco • Ip = 1,28 A Corrente di picco • Isc = 1,50 A Corrente di corto circuito • Voc = 20,7 V Tensione a vuoto

25. DETERMINAZIONE DELLE CARATTERISTICHE ELETTRICHE DI UN MODULO FOTOVOLTAICO

26. Descrizione del progetto (scelte tecnologiche )

27. Descrizione del progetto (scelte tecnologiche ) • IMPIANTO IMPRESA DESTINATO AGLI ALLOGGI (per ogni singolo alloggio) MODULO Modello Dimensioni [mm] Potenza tipica [Wp] Potenza minima [Wp] Voltaggio max PW750-12V 1237x556x45 80 75.1 600 V DC IMPIANTO N° impianti Campo fotovoltaico kWpcad KWptot 14+7 16 moduli 1.28 17.92+8.96 INVERTER Modello Potenza di picco [W] Rendimento max Corrente in entrata Uscita AC • SMA Sunny-boy 1100 1100 93.5% 10 A Monofase

28. Descrizione del progetto (scelte tecnologiche ) POTENZA COMPLESSIVA 163 KW(p) AREA IMPIANTI 3.000 m2 SUPERFICIE NETTA PANNELLI 1.600 m2 Superficie lotto 72.135 m2 Superficie residenziale 47.128 m2 Abitazioni 304 Box 264 Abitazioni dotate di fotovoltaico 192

29. Soluzioni architettoniche per integrare le tecnologie Integrazione di stringhe inclinate su copertura piana • Consiste nel collocare su coperture piane strutture metalliche o in muratura di supporto per i moduli, inclinate in modo ottimale rispetto all’orbita solare. • Questi elementi non interrompono la continuità del solaio di copertura, quindi i moduli non sostituiscono parti della copertura né possono essere utilizzati per realizzare lucernai semitrasparenti. • Questa è una delle soluzioni più economiche per le installazioni retrofit. • Indipendenza del sistema fotovoltaico dalla struttura dell’edificio. • Buona ventilazione dei moduli fotovoltaici. • Facilità di montaggio dell’impianto e costi di installazione relativamente bassi. • Utilizzo ottimale dell’energia solare grazie alla libertà di inclinazione ed orientamento dei moduli. • Modeste valenze architettoniche. • Potenziali limitazioni dovute alla presenza di altri impianti o parapetti sulla copertura.

30. Soluzioni architettoniche per integrare le tecnologie Integrazione con moduli inclinati su facciata verticale • Questa modalità di intervento garantisce una buona efficienza del fotovoltaico dovuta all’inclinazione dei moduli che offrono una migliore accessibilità alla radiazione solare. • Più efficiente retroventilazione dei moduli rispetto alle soluzioni perfettamente verticali. • Funzione di frangisole. • Complessità di costruzione della facciata continua. • Potenziali problemi di pulizia. • In una facciata con esposizione favorevole e in parte o totalmente priva di finestre sarebbe ideale prevedere un sistema di facciata composto da due pareti: una interna, a perfetta tenuta dagli agenti atmosferici, ed una esterna costituita da moduli fotovoltaici opachi agganciati ad una opportuna struttura di supporto sagomata in modo tale da consentire l’inclinazione dei moduli fotovoltaicirispetto al piano orizzontale.

31. Analisi economica IL COSTO DELL’ENERGIA FOTOVOLTAICA

32. VILLAGGIO FOTOVOLTAICO DI ALESSANDRIA SUPERFICIE AREA COMPLESSIVA mq. 72.135 SUPERFICIE RESIDENZIALE mq. 47.128 ALLOGGI COMPLESSIVI AREA N° 536 NUOVE AUTORIMESSE IN DOTAZIONE N° 264 APPLICAZIONE fv. SU ALLOGGI N° 192 POTENZA COMPLESSIVA IMPIANTI 160 KWp SUPERFICIE COMPLESSIVA MODULI POSATI 3.000 MQ. UTILIZZO COPERTURA CONSUMO PARTI COMUNI EDIFICI FINO AL 100% COPERTURA SINGOLI APPARTAMENTI FINO AL 70% COSTO IMPIANTO FOTOVOLTAICO - TOTALE APPLICAZIONI : OPERATORI PRIVATI EURO 866.149,99 A.T.C. € 289.169,39 EDIFICI PUBBLICI € 47.637,00 TOTALE €1.202.956,38 FINANZIAMENTO IMPIANTI ( media villaggio % 68,84): OPERATORI PRIVATI EURO 580.488,80 A.T.C. € 216.681,43 EDIFICI PUBBLICI €30.964,00 TOTALE €828.134,23 Analisi economica

33. Analisi economica CALCOLO DEL COSTO/RENDIMENTO TEORICO MEDIO PER ALLOGGIO POTENZA 3 KW - PRODUZIONE 3.200 KW/ANNO COSTO IMPIANTO MEDIO UNITARIO KWP € 7.250 COSTO ENERGIA MEDIO UNITARIO KWH €0,1517 RISPARMIO/ANNO € 485,44

34. Analisi economica CALCOLO AMMORTAMENTO IMPIANTO PER ALLOGGIO COSTO LORDO IMPIANTO/ALLOGGIO €21.750,0 CONTRIBUTO MEDIO EFFETTIVO (69%) €15.007,0 COSTO NETTO €6.743,0 DURATA AMMORTAMENTO : 6743,0 / 485,44 = 13,8 ANNUALITÀ CON “CERTIFICATI VERDI”= 6,5 ANNUALITÀ

35. Valutazioni ambientali • TABELLA DELLE EMISSIONI DI CO2 A KW PRODOTTO

36. Valutazioni ambientali

37. BIBLIOGRAFIA • Alla luce del sole Pubblicazione del Comune di Alessandria in collaborazione con la Consulta per l’edilizia residenziale e le infrastrutture della Provincia di Alessandria • Fondamenti teorici e sperimentali di conversione fotovoltaica applicati alle celle solariProf. Ing. Franco Capua tesi di laurea in Fisica, presso l’università del Piemonte Orientale Amedeo Avogadro • Impianti Solari a norme CEI Groppi, Zuccaro ed. UTET • Conversione diretta dell’energia solare in elettricità Robotti ed. UTET • Dispositivi elettronici con circuiti integratiMuller Kamins ed. Boringhieri • Solar electricity Markvart ed.Wiley

38. Grazie per la cortese attenzione I.T.I.S. A. Volta Spalto Marengo, 42 15100Alessandria Tel. 0131 - 22.72.39 Fax0131 - 22.57.13 www.itis.volta.alessandria.it Rif. Prof. Franco CAPUA E-mail : franco.capua@libero.it